IMPLEMENTACIÓN DE LA SIMULACIÓN DE UNA PLANTA DE PRODUCCIÓN DE ACETAMINOFÉN MEDIANTE EL SOFTWARE DE WONDERWARE PARA LA ESPECIALIZACIÓN EN CONTROL E INSTRUMENTACIÓN INDUSTRIAL DE LA UNIVERSIDAD PONTIFICIA BOLIVARIANA BUCARAMANGA YILMAR ALFONSO JAIMES GAMBOA UNIVERSIDAD PONTIFICIA BOLIVARIANA FACULTAD DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA FACULTAD INGENIERÍA INDUSTRIAL ESCUELA DE INGENIERÍAS BUCARAMANGA AÑO 2015
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IMPLEMENTACIÓN DE LA SIMULACIÓN DE UNA PLANTA DE PRODUCCIÓN DE ACETAMINOFÉN MEDIANTE EL SOFTWARE DE WONDERWARE PARA LA
ESPECIALIZACIÓN EN CONTROL E INSTRUMENTACIÓN INDUSTRIAL DE LA UNIVERSIDAD PONTIFICIA BOLIVARIANA BUCARAMANGA
YILMAR ALFONSO JAIMES GAMBOA
UNIVERSIDAD PONTIFICIA BOLIVARIANA FACULTAD DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA
FACULTAD INGENIERÍA INDUSTRIAL ESCUELA DE INGENIERÍAS
BUCARAMANGA AÑO 2015
IMPLEMENTACIÓN DE LA SIMULACIÓN DE UNA PLANTA DE PRODUCCIÓN DE ACETAMINOFÉN MEDIANTE EL SOFTWARE DE WONDERWARE PARA LA
ESPECIALIZACIÓN EN CONTROL E INSTRUMENTACIÓN INDUSTRIAL DE LA UNIVERSIDAD PONTIFICIA BOLIVARIANA BUCARAMANGA
UNIVERSIDAD PONTIFICIA BOLIVARIANA FACULTAD DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA
FACULTAD INGENIERÍA INDUSTRIAL ESCUELA DE INGENIERÍAS
BUCARAMANGA AÑO 2015
NOTA DE ACEPTACIÓN
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Presidente de jurado
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Jurado
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Jurado
Piedecuesta, Noviembre de 2015
DEDICATORIA
Para mi familia que me ha guiado, formado para actuar y especialmente para mi Abuelo que me demostró que el trabajo fuerte genera los frutos y experiencias más gratas.
AGRADECIMIENTOS
A Dios.
Este proyecto ha sido el fruto de los esfuerzos y las enseñanzas de mi familia a ellos les
debo la oportunidad de poder tener una formación profesional.
A la gran exigencia académica de mis profesores de la facultad de Ingeniería Electrónica.
A.1.3 Simulación del programa ..................................................................................... 105
A.1.4 Exportación de las variables ................................................................................ 109
A.3 USO DE ARCHESTRA ........................................................................................... 113
A.3.1 Creación de la galaxia del proyecto ...................................................................... 113
A.3.2 Creación de la planta y sus áreas dentro de la galaxia ......................................... 117
A.3.3 Creación de los elementos de control para la planta ............................................ 125
A.3.4 Creación de la conexión con el InControl ............................................................ 149
A.3.5 Asociación de las variables de InControl con los elementos creados .................. 159
A.3.6 Deploy (implementación) de la planta ................................................................. 162
A.4 USO DE INTOUCH ............................................................................................... 165
A.4.1 Creación de la plantilla InTouch en ArchestrA ..................................................... 165
A.4.2 Creación del archivo InTouch para el proyecto .................................................... 170
A.4.3 Selección y uso de primeros elementos de la HMI .............................................. 174
A.4.4 Programación de la HMI ...................................................................................... 179
A.5 USO DE LA PLANTA ............................................................................................. 185
ANEXO B. Lenguaje Ladder .......................................................................................... 199
ANEXO C. Código HMI .................................................................................................. 205
ANEXO D. Encuestas .................................................................................................... 217
ANEXO E. Guía de la práctica ....................................................................................... 220
ANEXO F. Evidencias fotográficas ................................................................................ 224
ANEXO G. Video tutorial para la simulación .................................................................. 229
LISTA DE TABLAS
Tabla 1.Etapas del desarrollo del proyecto y su clasificación ........................................... 23 Tabla 2. Elementos químicos y su masa atómica ............................................................ 28 Tabla 3. Expresión estequiometria de las sustancias y su respectiva masa atómica ....... 28 Tabla 4. Descripción de los actuadores de la planta ........................................................ 32 Tabla 5. Tanques de almacenamiento y estaciones de proceso ...................................... 32 Tabla 6. Modelo de proceso ............................................................................................ 36 Tabla 7.Tiempo de retardo relacionado a las válvulas ..................................................... 40 Tabla 8. Cada una de las sustancias involucradas y su masa en el proceso ................... 41 Tabla 9.Tiempo en segundos y minutos de cada proceso ............................................... 44 Tabla 10. Tabla de la demanda semanal de producto terminado ..................................... 45
LISTA DE GRAFICAS
Grafica 1.porcentaje de estudiantes que han usado Wonderware ................................... 74 Grafica 2. Ambiente donde el estudiante ha usado Wonderware ..................................... 74 Grafica 3. Software de Wonderware que los estudiantes han usado ............................... 74 Grafica 4. Frecuencia de uso de Wonderware ................................................................. 75 Grafica 5. Conocimiento de tecnologías orientadas a MES ............................................. 75 Grafica 6. Cantidad de estudiantes que ha usado ayudas académicas multimedia ......... 76 Grafica 7. Metodologías más acertadas para la formación según los estudiantes ........... 76 Grafica 8. Estudiantes que conocen ayudas en video para los cursos ............................. 76 Grafica 9. Facilidad para el manejo de la planta .............................................................. 77 Grafica 10. Percepción del apoyo de la planta para entender el tema ............................. 77 Grafica 11. Cumplimiento de las expectativas de la planta para la actividad .................... 78 Grafica 12. Acercamiento del funcionamiento de la planta a un proceso MES real .......... 78 Grafica 13. Manejabilidad de la planta ............................................................................. 79 Grafica 14. Cumplimiento del tiempo estimado para el uso de la planta .......................... 79 Grafica 15. Importancia de los MES para formación multidisciplinaria ............................. 80 Grafica 16. Aparición de problemas en la práctica ........................................................... 80 Grafica 17. Idoneidad de la guía para el laboratorio MES ................................................ 81 Grafica 18. Dificultades en el manejo de video tutoriales ................................................. 81 Grafica 19. Software de Wonderware que desean profundizar los estudiantes ................ 82 Grafica 20. Temas a profundizar en los MES ................................................................... 82 Grafica 21. Conveniencia de aumentar el número de horas de formación en Wonderware
Figura 1.Pirámide de la automatización (UPB, 2015) ....................................................... 13 Figura 2.Niveles ISA S95 ( Windsystems , 2015) ............................................................. 18 Figura 3. Planta productora de acetaminofén base .......................................................... 21 Figura 4. Planta de producción del ejemplo con las respectivas sustancias..................... 27 Figura 5.Diseño básico para los elementos de control y actuadores de la planta............. 30 Figura 6. Diagrama del proceso productivo de la planta .................................................. 31 Figura 7. P&ID ................................................................................................................. 35 Figura 8. Modelo físico..................................................................................................... 37 Figura 9. Modelo de control procedimental de la planta ................................................... 38 Figura 10. MRP para la producción de 300Kg de acetaminofén ...................................... 39 Figura 11. Diagrama GRAFCET base para la programación Ladder ............................... 47 Figura 12. Mejoras en la pantalla principal de la interfaz HMI .......................................... 85 Figura 13.Mejoras en la ventana de datos históricos ....................................................... 85 Figura 14.Mejoras en la ventana de parámetros de rendimiento ...................................... 86
LISTA DE IMAGENES
Imagen 1. Creación del proyecto de InControl ................................................................. 48 Imagen 2. Pantallazo del programa ladder....................................................................... 49 Imagen 3. Simulación y modificación de variables del ladder........................................... 49 Imagen 4. Exportación de las variables de InControl ....................................................... 50 Imagen 5. Archivo Excel donde quedan guardadas las variables .................................... 50 Imagen 6. Creación del área principal de la planta .......................................................... 51 Imagen 7.Creacion de la plantilla de las áreas de la planta ............................................. 52 Imagen 8. Creación de cada área .................................................................................... 52 Imagen 9.Creacion de plantillas para elementos discretos .............................................. 53 Imagen 10.Modificación de las plantillas .......................................................................... 53 Imagen 11. Creación de elementos desde las plantillas................................................... 54 Imagen 12. Visualización de las válvulas y bombas de la planta ..................................... 54 Imagen 13.creacion de la plantilla para InControl ............................................................ 55 Imagen 14.Aparición del icono de InControl ..................................................................... 55 Imagen 15. Selección de entradas para ArchestrA .......................................................... 56 Imagen 16. Selección del archivo Excel con las variables del InControl .......................... 56 Imagen 17. Ajuste de las variables del InControl ............................................................. 57 Imagen 18. Asignación de variables de InControl a los elementos creados en ArchestrA 57 Imagen 19. Deploy (implementación) ............................................................................... 58 Imagen 20.Proceso de implementación completo ............................................................ 59 Imagen 21.Creación de la plantilla del Intouch ................................................................. 60 Imagen 22. Visualización del icono de InTouch ............................................................... 61 Imagen 23. Pantallazo del entorno de creación de proyecto InTouch .............................. 61 Imagen 24. Entorno de diseño y librería de elementos .................................................... 62 Imagen 25. Creación de elementos básicos para el proceso ........................................... 62 Imagen 26. Entorno de programación de InTouch ........................................................... 63 Imagen 27. Control de los sensores................................................................................. 64 Imagen 28.control de los sensores .................................................................................. 65 Imagen 29. Alarmas para selección de velocidad y numero de corrida ............................ 66 Imagen 30. Paradas de emergencia y por modificación de válvulas ................................ 66 Imagen 31. Re inicialización de las variables ................................................................... 66 Imagen 32. Contadores que mantienen tiempo en paradas ............................................. 67 Imagen 33.detectores de nivel alto y bajo en cada dispositivo de almacenamiento ......... 68 Imagen 34. Contadores que miden el tiempo de proceso ................................................ 68 Imagen 35. Programación de los parámetros de rendimiento de la planta ....................... 69 Imagen 36. Pantallazo del video tutorial en YouTube ...................................................... 70 Imagen 37. Guía para uso de InControl ........................................................................... 70 Imagen 38. Guía para uso de InTouch ............................................................................. 71 Imagen 39. Guía para uso de la planta ............................................................................ 72
GLOSARIO
CIM: Manufactura Integrada por Computador (CIM, por sus siglas en inglés), consiste en
que todas las actividades que hacen parte de un proceso productivo que pueden ser
supervisadas y controladas por medio de computadoras. La supervisión de los procesos
se hace con el fin de programar las actividades productivas, tener información sobre
inventarios y proveedores con el fin de tomar decisiones estratégicas que orienten el
rumbo de la empresa (UBA, 2015).
HMI: Interfaz Humano Máquina (HMI, por sus siglas en inglés), este tipo de interfaz está
conformada por una pantalla o panel que indica el estado en tiempo real de un proceso
productivo, permite que se hagan acciones que modifiquen variables de proceso y facilita
la observación de datos históricos (REDLION, 2015).
ISA: Sociedad Internacional de Automatización (ISA, por sus siglas en inglés), la cual fue
fundada en 1945, está encargada de desarrollar estándares globales ampliamente
aplicados en los temas de la automatización de los procesos industriales y disciplinas
afines con el ánimo de unificar el desarrollo de las tecnologías de software, hardware y
redes de cada uno de los fabricantes, para de esta forma generar compatibilidad y evitar
redundancias en sus diseños. Además, certifica profesionales de la industria, proporciona
educación y formación, pública libros y artículos técnicos, acoge conferencias y
exposiciones proveer de redes y programas de desarrollo de carrera para sus miembros y
clientes (ISA, 2015).
LAZO DE CONTROL: Conjunto de componentes entre los que se encuentra un elemento
sensor(observa el comportamiento de la variable), un transductor de señal (emisor de
información de variable), un receptor de señal (recibe información sobre la variable), un
comparador de punto de ajuste (compara la información de la variable con un patrón
previamente establecido; suele ser de tipo neumático, electrónico, digital, entre otros) y un
elemento final de control (válvula, calentador, interruptor, entre otros) que están
configurados de una manera en la cual el comportamiento de una variable sea captado
por un sensor, este sensor transmite a un comparador, este identifica una acción a
desempeñar que es enviada al actuador con el fin de ajustar la variable deseada y
generar un estado en el proceso relacionado con la variable en cuestión (CREUS, 2011).
MES: Sistemas de Ejecución de Manufactura (MES, por sus siglas en inglés), estos
sistemas permiten evaluar los procesos productivos y obtener informes del
comportamiento de una planta con el fin de dirigir los esfuerzos de dicha planta a la
mejora del aprovechamiento de sus recursos (APRISO, 2015).
MRP: Material Requierement Planning) o planificador de las necesidades de material, es
el sistema de planificación de materiales y gestión de stocks que responde a las
preguntas de, cuánto y cuándo aprovisionarse de materiales. (GESTIOPOLIS, 2015)
PLC: Controlador Lógico Programable (PLC, por sus siglas en inglés), es un módulo
electrónico que contiene entradas y salidas binarias o analógicas que se comportan de
acuerdo a unos patrones de funcionamiento previamente configurados mediante software
( ROCATEK, 2015).
SERVUCCIÓN: Hace referencia a la fabricación de servicios, cómo los servicios son
intangibles, la generación de los mismos involucra un manejo diferente al de fabricación
de productos (UBA, 2015).
UML: Lenguaje de Modelado Unificado (UML, por sus siglas en inglés), se considera
como un lenguaje grafico para especificar, visualizar y documentar cada una de las partes
que comprende el desarrollo de software, este tipo de modelado entrega la forma de
modelar elementos conceptuales como los procesos de negocio y funciones de sistema;
además de conceptos concretos como lo es la programación, esquemas de bases de
datos y componentes de software.
VÁLVULA SOLENOIDE: Dispositivo de control remoto accionado eléctricamente, es
utilizado para el control del paso de líquidos o gases. Su maniobrabilidad se limita a dos
estados, los cuales son On y Off.
WONDERWARE: Es una plataforma de software que cuenta con una variedad de
aplicaciones que están destinadas a entornos relacionados con la automatización de
procesos industriales, esta plataforma es adquirida por grandes empresas para el control,
supervisión y planeación de sus procesos productivos (WONDERWARE, 2015)
RESUMEN GENERAL DE TRABAJO DE GRADO
TITULO: IMPLEMENTACIÓN DE LA SIMULACIÓN DE UNA PLANTA DE PRODUCCIÓN DE ACETAMINOFÉN MEDIANTE EL SOFTWARE DE WONDERWARE PARA LA ESPECIALIZACIÓN EN CONTROL E INSTRUMENTACIÓN INDUSTRIAL DE LA UNIVERSIDAD PONTIFICIA BOLIVARIANA BUCARAMANGA
AUTOR: Yilmar Alfonso Jaimes Gamboa
FACULTAD: Ingeniería Electrónica
Ingeniería Industrial
DIRECTOR: Orlando Federico González Casallas
Claudia Leonor Rueda Guzmán
RESUMEN
Con base a un ejemplo de clase, se desarrolló una herramienta que involucra temas de
simulación, producción y sistemas de ejecución de manufactura en una planta productora
de acetaminofén. Esta simulación es establecida como una herramienta académica en
una de las prácticas de laboratorio de la especialización en Control e Instrumentación
Industrial de la Universidad Pontificia Bolivariana seccional Bucaramanga. La primera
etapa de este proyecto se basa en la comprensión del proceso químico que rige la
producción de la planta, una vez se ha superado esta etapa se procede a estandarizar un
funcionamiento y el desarrollo de algunos modelos sugeridos en la norma ISA S88 que
guía el diseño físico y de los sistemas de control, esto facilitó conocer los elementos
necesarios para la planta. Al conocer los elementos de control y actuadores necesarios,
se pasa a hacer la programación de un PLC simulado, dicho PLC se conecta a una
interfaz HMI que muestra el comportamiento del proceso y permite generar
modificaciones en las variables de proceso, además de identificar alertas y recopilar
información histórica para el análisis de los parámetros de rendimiento de la producción
de la planta. Finalmente se probó la simulación de la planta en la práctica de laboratorio y
se hizo una medición de su aceptación entre los estudiantes del postgrado.
PALABRAS CLAVES:
Wonderware, MES, Producción, Programación.
GENERAL SUMMARY OF WORK OF GRADE
TITLE: IMPLEMENTATION OF THE SIMULATION OF A PRODUCTION PLANT
ACETAMINOPHEN BY WONDERWARE SOFTWARE FOR SPECIALIZATION IN CONTROL AND INDUSTRIAL INSTRUMENTATION OF THE BOLIVARIAN PONTIFICAL UNIVERSITY
AUTHOR: Yilmar Alfonso Jaimes Gamboa
FACULTY: Electronics Engineering
Industrial Engineering
DIRECTOR: Orlando Federico González Casallas
Claudia Leonor Rueda Guzmán
ABSTRACT
Based on an example of class, it was developed a tool that involves issues of simulation,
production and manufacturing execution systems in a production plant acetaminophen.
This simulation is established as an academic tool in one of the labs of specialization in
Industrial Control and Instrumentation of the Universidad Pontificia Bolivariana in
Bucaramanga. The first stage of this project is based on the understanding of the chemical
processes governing the production of the plant, the second stage sets the operation of
the plant and are developed some suggested models in the ISA S88 standard that guides
the physical design and systems of control, this facilitated establish the necessary
elements for the plant. By knowing the control elements and actuators necessary, the next
step was to make the configuration of a simulated PLC, the PLC is connected to an HMI
interface that shows the behavior of the process and can generate changes in process
variables, identify alerts and to collect historical information for the analysis of performance
parameters of the production plant. The simulation of the plant in the lab was used, finally
was measured the acceptance the plant among graduate students.
KEY WORDS:
Wonderware, MES, PLC, Production, Programming
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INTRODUCCIÓN
La Universidad Pontificia Bolivariana seccional Bucaramanga ofrece una variedad de programas de Postgrado entre los que se encuentra la especialización en Control e Instrumentación Industrial, programa que está dirigido a profesionales que se desempeñan en temas afines a la automatización, gestión de los procesos industriales, optimización y otras. La especialización en Control e Instrumentación Industrial surge con el fin de capacitar personal con el conocimiento que las empresas en la industria requieren para ser más competitivas, razón por la cual la educación de los profesionales aspirantes al Postgrado se enfoca en generar el conocimiento teórico y práctico que se va a requerir en el campo de acción.
Entre las temáticas que se abordan en la especialización se hace énfasis a los Sistemas MES (Manufacturing Execution Systems) o Sistemas de Ejecución de Manufactura por sus siglas en inglés, que a la vez hacen parte del modelo CIM (Computer Integrated Manufacturing) o Manufactura Integrada por Computador; razón por la cual una de las asignaturas de profundización que se ofrecen en el programa es la de sistema MES, dicha asignatura cuenta con clases presenciales y prácticas de laboratorio en las cuales los tutores exponen los temas relacionados a los sistemas MES.
La asignatura de Sistemas de Ejecución de Manufactura cuenta con una práctica de laboratorio que tiene una metodología que divide en tres partes el desarrollo de la misma. En una primera parte de la práctica se exponen conceptos teóricos que apoyan la temática tratada, en la segunda parte se hace entrega de un computador con el software necesario a cada estudiante para que desarrolle un tutorial sobre el manejo de la plataforma de software de Wonderware, mediante la elaboración de un ejemplo sencillo, en donde se elabora la construcción de una planta pequeña.
El desarrollo de este proyecto tiene relación con la última parte de la práctica, donde se hace uso de un módulo de simulación de una planta de producción industrial desarrollada en la plataforma de software de Wonderware, la cual tiene como objetivo ser una herramienta didáctica para que cada uno de los estudiantes observe el funcionamiento de la misma y tenga la capacidad de manipular las variables de proceso en tiempo real durante la producción, de tal manera que se pueda interpretar la forma en la cual la productividad se ve afectada por cada una de las modificaciones que se le apliquen a la planta; la implementación de esta planta en la práctica de laboratorio arroja como resultado una herramienta acorde para lograr un análisis de los temas relacionados con el sistema de ejecución de manufactura para los estudiantes; lo que se traduce como una fortaleza para el programa de especialización en Control e Instrumentación Industrial de la Universidad Pontificia Bolivariana, Seccional Bucaramanga.
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1. JUSTIFICACIÓN
La demanda en la industria por profesionales competentes promueve la constante búsqueda de la excelencia académica en la Universidad Pontificia Bolivariana (UPB, 2015), por esta razón se aprecia el interés por parte de la institución por la creación y renovación de recursos académicos tales como bases de datos, software, fuentes bibliográficas, acondicionamiento de laboratorios; además de contar con un cuerpo docente altamente calificado.
El constante desarrollo de la industria tiende a incorporar las tecnologías y la automatización a sus procesos, razón por la cual la implementación de sistemas de supervisión es cada vez más común en las empresas (BENAVIDES, 2015). Dichos sistemas pueden dar a conocer el comportamiento de las variables de proceso que hacen parte de un sistema de producción o servucción y no sólo permite la supervisión sino la manipulación de dichas variables y generar modificaciones en tiempo real en los procesos.
La tecnología dirigida a los diferentes sectores industriales, además de ser una herramienta que proporciona el control y la supervisión de los procesos de producción, también permite medir el rendimiento de la operación con el fin de obtener reportes de eficiencias y establecer criterios en la producción. Estos criterios están orientados a mejoras en la ejecución de los procesos y de la producción, con el fin de maximizar la productividad, optimizando la utilización de los recursos, el rendimiento de la producción y la rentabilidad de la empresa.
Para la especialización en Control e Instrumentación Industrial, es fundamental el desarrollo de una herramienta (CNA, 2015) con características avanzadas y propias de un módulo de simulación que está en capacidad de permitir a los tutores de la asignatura exponer la temática con una mayor profundidad a los profesionales que cursan el postgrado. Además, es un módulo más completo y confiable que brinda la oportunidad al estudiante de interactuar con una simulación de una planta de producción en donde puede observar cada uno de los procesos que hacen parte de ella, así mismo, logra realizar una manipulación de actuadores en tiempo real y supervisar las variaciones en la productividad de la planta y de las eficiencias de los procesos. Por lo tanto, se puede generar una experiencia que aporta crecimientos a las competencias propias de cada uno de los aspirantes al postgrado, relacionado con temas de automatización, producción e instrumentación.
Por otra parte, la Universidad Pontificia Bolivariana seccional Bucaramanga cuenta con un laboratorio de automatización de procesos industriales, el cual pertenece a las facultades de Ingeniería Electrónica, Mecánica e Industrial. Este laboratorio posee licencias de la plataforma de software de Wonderware, lo que facilita el uso de la aplicación para las prácticas de laboratorio de la asignatura sistema MES; además, se destaca que la Universidad cuenta con aulas móviles de computadores disponibles para el servicio de cada asignatura de pregrado o postgrado, permitiendo que cada uno de los estudiantes trabaje de forma individual desde cualquier aula del campus universitario. Se debe tener en cuenta también que las facultades de Ingeniería Industrial e Ingeniería Electrónica cuentan con profesores con los conocimientos de la plataforma de software de Wonderware y sistema MES, lo que permite impartir las clases y laboratorios en la
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especialización en Control e Instrumentación Industrial con el módulo de simulación diseñado en este proyecto de grado. 1.1 OBJETIVOS 1.1.1 Objetivo general Diseñar e implementar un módulo de simulación del proceso de producción de acetaminofén sobre la plataforma de software Wonderware para las prácticas de laboratorio, de la asignatura de Sistemas de Ejecución de Manufactura, para la especialización en Control e Instrumentación Industrial de la Universidad Pontificia Bolivariana seccional Bucaramanga. 1.1.2 Objetivos específicos
Describir la dinámica del proceso de producción del acetaminofén, sus variables de proceso y equipos necesarios para su producción.
Elaborar un diagrama de proceso en el cual se especifican la secuencia de pasos que se desarrolla durante el proceso de producción del acetaminofén.
Interpretar las normas ISA S88 e ISA S95 para su aplicación en la simulación de la planta de Acetaminofén en la plataforma Wonderware.
Diseñar el programa de automatización del proceso de producción mediante la herramienta InControl de la plataforma Wonderware.
Diseñar la HMI para la operación y visualización del proceso de producción mediante la herramienta InTouch de la plataforma de software Wonderware.
Establecer los parámetros de rendimiento, eficiencia que hacen parte del Sistema de Ejecución de Manufactura de la planta de Acetaminofén.
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2. MARCO TEÓRICO 2.1 ESTADO DEL ARTE Se hace una investigación sobre proyectos con temáticas similares y que usen como herramienta base a la plataforma de software Wonderware, se seleccionan los trabajos más significativos, de los cuales se hace una descripción de cada uno donde se identifican las similitudes y diferencias al trabajo que se plantea para este proyecto de grado.
2.1.1 Desarrollo de guías didácticas para el laboratorio del módulo “mes” en la especialización en Control e Instrumentación Industrial de la Universidad Pontificia Bolivariana seccional Bucaramanga
Se desarrolló un serie de guías didácticas y metodológicas para la práctica de laboratorio de la asignatura de sistema MES para la especialización en Control e Instrumentación Industrial de la Universidad Pontificia Bolivariana seccional Bucaramanga, este trabajo de grado entrega como resultado: Guías didácticas para el manejo de los LEGO MINDSTORMS (estos son unos módulos robóticos fabricados por LEGO), unos videos tutoriales que orientan el uso básico de la plataforma de software de Wonderware por medio de un ejemplo sencillo, también se hace entrega de una simulación desarrollada en la plataforma de software de Wonderware de una planta productora de jugos, la cual permite hacer la medición de los indicadores de rendimiento de la planta y su manipulación en tiempo real, (MORENO, 2013). Se observa que este módulo de simulación presentó falencias a la hora de ser útil en el laboratorio, pues se presentan errores con el tiempo de los procesos y sus variables, lo que modifica la percepción del funcionamiento de la planta. También presentó dificultades de manejo para los estudiantes, además esta planta productora de jugos tiene un proceso muy básico en el que se manipula una pequeña cantidad de variables, tanques y válvulas solenoides. Las diferencias de este proyecto respecto al presente radican en que el trabajo realizado anteriormente posee una serie de propuestas que no se van a generar en el actual proyecto pues no se encuentran dentro del alcance del mismo, las propuestas que se presentaron anteriormente y que no se van a tener en cuenta son: la elaboración de guías para el manejo de los LEGO MINDSTORMS, la elaboración de los tutoriales y guías de laboratorio del uso básico de las herramientas de la plataforma de software Wonderware mediante un pequeño ejemplo. 2.1.2 Acondicionamiento de un brazo manipulador monitoreado por medio de una
interfaz gráfica realizada con “InTouch the Wonderware”
La Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica perteneciente al Instituto Politécnico Nacional Seccional Zacatenco, localizada en ciudad de México, presentaba la ausencia de una herramienta de laboratorio adecuada para las materias de manipuladores industriales, por lo que se emprendió el trabajo de crear una aplicación
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automatizada y que posea una HMI para observación y manipulación de un brazo mecánico que posee la Universidad, este brazo mecánico cuenta con tres grados de libertad y también fue creado previamente con fines didácticos (ZAMORA, 2009). Se hizo un proceso de instalación de sensores de movimientos basados por potenciómetros y detectores de posición o de trabajo que se hizo con pulsadores, después se pasó a la parte de instrumentación electrónica para llevar las señales a un PLC, la programación del PLC y finalmente el diseño de la aplicación HMI en el software InTouch de Wonderware.
Este proyecto se fundamentó en el uso del software de InTouch de Wonderware al adquirir información de un PLC real que está haciendo el control del comportamiento del brazo robótico, la información desde el PLC hacia el Computador y viceversa es transmitida mediante el estándar recodado 232 o más conocido como RS-232 que es un estándar que permite la comunicación binaria entre dos equipos, lo que permite el correcto funcionamiento de del HMI visualizando el movimiento y acciones del brazo además de hacer su control en tiempo real.
Respecto al proyecto actual para la especialización en Control e Instrumentación Industrial de la Universidad Pontificia Bolivariana seccional Bucaramanga, se tiene una diferencia fuerte pues este posee una simulación completa, es decir que tanto la planta de producción de acetaminofén como el PLC en cuanto a su funcionamiento y programación, hacen parte de una simulación. 2.1.3 Desarrollo de un sistema SCADA del proceso de envasado de líquidos de la
Universidad Pontificia Bolivariana seccional Bucaramanga para la medición de variables como parte de un sistema MES. Universidad Pontificia Bolivariana seccional Bucaramanga.
El desarrollo de este proyecto se basa en la mejora de proyectos anteriores, en los que se realizaron las etapas de diseño, construcción y automatización de una planta de envasado de líquidos que pertenece a la Universidad Pontificia Bolivariana seccional Bucaramanga. Se verificó y probó el funcionamiento de la planta y se desarrolló una interfaz de manejo HMI con una pantalla táctil Siemens que se controla con un PLC modelo s7 300 también del fabricante Siemens (HERRERA, 2013).
Este proyecto centró su esfuerzo en obtener una mejora en la automatización del proceso, pues se pretende instaurar un sistema MES en la planta y crear la HMI por medio del software Intouch. Para la comunicación entre computador y PLC se usa la conexión Ethernet que maneja un protocolo de comunicación TCP/IP, se hace uso de los software Step7 de Siemmens y la plataforma Wonderware de Invensys.
En este proyecto se usa un PLC Siemmens S7 300 real, que se comunica con el computador por medio de la red de Ethernet y el protocolo TCP/IP, esto hace la diferencia con el proyecto que se plantea para la especialización en Control e Instrumentación Industrial donde se va a hacer la simulación del PLC y de la planta a controlar.
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2.1.4 Sistemas de ejecución de manufactura en la fabricación integrada por computador
y prácticas de laboratorio de sistemas SCADA.
Este trabajo de grado muestra el fruto de la investigación enfocada en estudios y temáticas afines a los sistemas de ejecución de manufactura MES y a la manufactura integrada por computador CIM, con el objetivo de planear una asignatura relacionada con estos temas para el programa de pregrado de Ingeniería Electrónica.
Es importante tener en cuenta los sistemas MES forman un papel importante en la formación de profesionales pues en la industria se aprecia el creciente interés en temas de automatización, pues cada vez es más fuerte la competencia que existe en la industria y las nuevas tecnologías generan integración en los procesos productivos, y de esta manera es posible la generación y manejo de información, información que es utilizada para dirigir las estrategias enfocadas en optimizar la producción (NAVARRO, 2010).
En esta investigación se obtiene una gran cantidad de información sobre la plataforma de software de Wonderware y su uso, aunque no se desarrolla una aplicación, este proyecto tiene la capacidad de aportar conceptos de interés para el desarrollo del módulo de simulación para la especialización en Control e Instrumentación Industrial. 2.1.5 Cray Valley. Monitorización y control del proceso de producción de resinas con
perspectivas hacia una gestión estratégica de la planta. Wonderware Spain
“Historias de éxito en la industria farmacéutica y química”
Cray Valley es una organización perteneciente al grupo empresarial multinacional Total, dicho grupo basa sus actividades en energéticos, en esta empresa en particular se desarrolla la fabricación de resinas alcídicas, que son sustancias materia prima para la elaboración de algunos tipos de pintura.
La empresa de Cray Valley en el pasado tenía un sistema automatizado con PLC y tecnología que no tenía la capacidad de generar información para ser analizada, dado a que posee una tecnología de control y automatización antigua de un fabricante que ya ha desaparecido; al comprender esta problemática y tener aspiraciones a promover en la empresa un sistema de producción más eficiente, se opta por solicitar los servicios y asesoría por parte de Wonderware (WONDERWARE, 2015).
Mediante una inversión en dinero y tiempo, logra instaurar un nuevo sistema automatizado con modelos de manufactura computarizados en los que la información fluye, logrando así mejorar sus procesos productivos y también optimizando el consumo de energía. Se tiene en cuenta que la planta y equipo cambió de forma poco significativa a la hora de aplicar la transformación Wonderware, generando un gran impacto de mejora para la empresa, en términos de ventaja competitiva y posicionamiento en el mercado, basado en inversión tecnológica.
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2.2 FUNDAMENTOS TEÓRICOS
2.2.1 PLC Los PLC (programmable logic controller) o controladores lógicos programables, son dispositivos que están equipados con un software de monitoreo. Un PLC puede estar conectado mediante una red industrial, puerto serie o red Ethernet a un ordenador principal. Estos dispositivos tienen funciones entre las cuales se destacan la capacidad de realizar el control de procesos continuos. Los PLC llevan incorporados módulos analógicos de entrada y salida, siendo las entradas señales provenientes de sensores generalmente y las salidas señales encargadas de accionar actuadores como válvulas, motores, bombas y entre otros. En el caso de las señales a las entradas de un PLC, son procesadas por un software de monitoreo que manipula las señales en los módulos de salida del dispositivo, de esta forma se logra mantener el control de un proceso. Los sensores y actuadores conectados al PLC por medio de los módulos de entradas y salidas están sometidos a una revisión cíclica del estado de los mismos y se encarga de actualizar el estado de los actuadores en las salidas (WEBB, 1995). Las aplicaciones de un PLC son muy amplias ya que poseen características que permiten programación y manipulación en su software de monitoreo, de esta manera es fácil implementar en el PLC los cambios necesarios para lidiar con las exigencias que se tienen en la producción, lo que permite que muchas aplicaciones en diversos escenarios lleven incorporado un PLC en su sistema de control, por razones como esta un PLC es un dispositivo fundamental en el desarrollo industrial. Muchas de las aplicaciones en las que se interviene con un PLC están relacionadas con procesos repetitivos, en instalaciones de poco espacio que requieren alta rapidez y en donde la mano del hombre no tenga la suficiente competencia o estandarización a la hora de efectuar el trabajo. El lenguaje de programación más aplicado a la hora de generar la programación por medio del software de monitoreo en el PLC se conoce como diagrama de contactos (ladder) o simplemente lenguaje ladder (ROMERA, 1996), también conocido como lenguaje de escalera, surge a partir de los diagramas de relés. Su desarrollo es relativamente sencillo. El IEC (International Electrotechnical Commission) normalizó todos los símbolos que se utilizan en la programación, por esta razón todos los fabricantes de software y PLC aplican esta simbología (PIEDRAFITA, 2004). 2.2.2 HMI HMI (Human Machine Interface) o Interfaz Humano Máquina por sus siglas en español, es una herramienta grafica que es usada en la automatización de los procesos industriales como instrumento de comunicación, manipulación y supervisión de una tarea de una forma segura e intuitiva.
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Entre las funciones que poseen se encuentran el monitoreo, supervisión, control y verificación de alarmas, permite maniobrabilidad al operador de manera instantánea de un proceso sobre tareas no preestablecidas en el software de monitoreo del PLC, almacenar archivos de datos tomados durante un intervalo de tiempo que posteriormente ayudarán a la corrección de procesos con el fin de optimizar los recursos usados en un proceso, entre otras.
El campo de utilización de una HMI está presente en la supervisión y control de procesos industriales en ambientes no favorables para los seres humanos, procesos que poseen una planta que abarca grandes extensiones o en procesos que, de acuerdo a su naturaleza, requieren de constante monitoreo por parte de un operador. 2.2.3 Modelo CIM Conocido como el modelo de la integración de las computadoras en todos los aspectos del proceso de manufactura, o un sistema complejo de múltiples capas diseñado con el propósito de minimizar los gastos y crear en todos los aspectos relacionados a la producción.
Entonces la manufactura CIM se define como el uso de la tecnología por medio de las computadoras para integrar las actividades de la empresa. La tecnología computacional incluye todo el rango de hardware y de software ocupado en el ambiente CIM, incluyendo lo necesario para el monitoreo, control, telecomunicaciones y administración de un proceso productivo. A continuación se muestra Ver Figura 1 el modelo CIM simbolizado en la pirámide de automatización (BAUMGARTNER & KNISCHEWSKI, 1991). Figura 1.Pirámide de la automatización (UPB, 2015)
Ahora se hace mención de cada una de las partes del modelo CIM y una descripción de sus funciones.
Nivel de Proceso e instrumentación
En este grupo están los elementos de medida de las variables de proceso, entre los que se encuentran los sensores y detectores; también se encuentran en este nivel los actuadores encargados de modificar las variables de proceso.
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Nivel de control
En este nivel se encuentran el control de los procesos continuos por parte de los PLC, los cuales son configurados con el fin de interpretar las señales de los sensores a sus entradas y crear señales a sus salidas para manipular los actuadores que modifican el proceso.
Nivel de Taller SCADA
En este nivel se visualiza los procesos de la planta y cómo se están llevando a cabo mediante entornos SCADA (Supervisory Control And Data Adquisition, Supervisión, Control y Adquisición de datos) donde se visualiza por medio de herramientas como una HMI o pantallas de verificación los procesos que se están realizando, sus alarmas, alteraciones o fallas (PENIN, 2007).
MES sistema de ejecución de manufactura o Nivel de Fábrica
Este nivel del modelo CIM se encarga de entregar información la cual permite la optimización de las actividades realizadas en los tres niveles inferiores de la pirámide, que involucran etapas de la producción, en los que se abarcan desde el lanzamiento de la orden hasta los productos finales, en este nivel se permite a los operarios el monitoreo, visualización y evaluación de la cadena de producción.
Nivel de dirección empresarial ERP
ERP (Enterprise Resource Planning, Planificación de Recursos Empresariales) Está compuesto de las áreas de mercadeo, ventas, finanzas, compras y manejo de recursos humanos de una organización. En la punta de la pirámide del modelo CIM es la gestión de finanzas, este nivel tiene como objetivo el monitoreo de la efectividad de la planta.
2.2.4 MES Los sistemas MES o sistemas de ejecución de manufactura (Manufacturing Execution Systems) son sistemas informáticos que se encargan de proporcionar herramientas, orientadas a desarrollar de buena forma las distintas actividades, de la administración de la producción.
Un sistema MES es una herramienta que entrega información necesaria que permite la intervención en el nivel de ejecución de las actividades de manufactura, estas modificaciones conllevan a la optimización de las actividades de manufactura, desde que se genera la orden de producción hasta que el artículo está terminado. Las modificaciones que se generan por medio del sistema de control de los procesos y en nivel de producción se aplican con el fin de cumplir con un calendario de tareas asignadas (MEYER & FUCHS, 2009).
Entre las funciones de un sistema MES integrado se encuentran:
La descripción técnica del producto a trabajar y como se obtendrá, la información sobre la disponibilidad de los recursos requeridos para la elaboración del producto, la organización de un cronograma de producción de acuerdo a las actividades necesarias para la producción, planificación de las órdenes de materias primas y secuencias de elaboración ,evolución de la materia prima necesaria para la producción ,entrega de resultados de la producción para su evaluación y análisis, y finalmente el registro del producto final (SCHOLTEN, 2009).
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Entre las funcionalidades que un sistema MES debe permitir verificar en tiempo real y por medio de software se encuentran.
Mediciones de los flujos de materia prima y productos en proceso
Planificación de la producción en base a la demanda.
Monitoreo y control de la orden. 2.2.5 Plataforma de software de automatización Wonderware Wonderware Se creó en 1987 con la finalidad de desarrollar y vender software de Interfaz Hombre-Máquina (HMI) para su uso en PC IBM y compatibles, en aplicaciones industriales y de automatización de procesos. Actualmente es una filial de la empresa británica Invensys PLC. Actualmente, Wonderware es la empresa líder del mercado de software industrial de manejo de operaciones en tiempo real ( WONDERWARE Spain, 2015), entre estas aplicaciones se incluyen: Supervisión HMI, GeoSCADA, Manejo de Producción, MES, Manejo de Performance, EMI e Integración con el manejo de activos, cadena de oferta y demanda y aplicaciones ERP. Las Soluciones de Software de Wonderware permiten a las empresas sincronizar sus operaciones con sus objetivos de negocios, logrando la flexibilidad y velocidad necesarias para lograr una ventaja competitiva y una rentabilidad sostenida (WONDERWARE Spain, 2015).
A continuación se mencionan las respuestas de software que ofrece Wonderware a la industria (PCASISTENCIAS, 2015).
WIS (Wonderware Information Server): es una aplicación de software que permite presentar la información de la planta en tiempo real a través de la web, permite la posibilidad de emitir reportes y gráficos con datos en tiempo real.
Historian Client (ActiveFactory): software que permite analizar la información histórica de la planta. Elabora gráficos de tendencias y permite que estos sean publicados en la Web o en la Intranet usando el WIS.
Intouch: software de modelado grafico de planta que permite conectar los diferentes dispositivos de la misma, también permite la publicación de resultados por la web mediante WIS
MES (Manufacturing Execution System) Performance: recolecta la información y hace seguimiento de la eficiencia de los equipos y procesos de producción en tiempo real, con el fin de mejorar la productividad.
HMI Reports: permite la generación de reportes del funcionamiento de la planta que son enviados por web mediante formatos comunes como Excel, Word o PDF.
Mobile Reporting (Smartglance): aplicación web que permite monitorear la planta desde un Smartphone para estar conectado en cada momento y en tiempo real con las condiciones de la planta.
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En el desarrollo de este proyecto se consideran:
Wonderware System Plataform 3.0 es una plataforma de aplicaciones de software industrial que está construida sobre la tecnología Archestra para el control, supervisión y soluciones de generecia de la producción y el desempeño de la misma.
Entre las aplicaciones que se encuentran en Wonderware, se encuentra InTouch que es un software con capacidades gráficas y funcionalidad para la construcción y desempeño de la HMI con fines de automatización. Esta aplicación posee una librería con una amplia variedad de elementos usados en variedad de procesos industriales de los sectores farmacéuticos, químicos, petroleros y muchos más, lo que permite la construcción y modelado del equipo presente en cualquier planta industrial. InTouch Posee dos ventanas principales que son:
Windowmaker. Es una ventana que permite la construcción grafica de la HMI de la planta y su programación mediante comandos básicos de ELSE, IF, ELSE IF.
Windowviewer. Es una ventana que permite poner en funcionamiento la HMI y donde se lleva a cabo el control manual, supervisión y actividades que normalmente puede desarrollar una HMI.
InControl es una herramienta de control en tiempo real de arquitectura abierta que le permite diseñar, crear, probar y ejecutar programas para controlar su proceso. Es una solución que corre en computadores y en varios sistemas operativos, tiene la capacidad de comunicación con un PLC y a partir de allí hacer control, simulación de aplicaciones en el PLC y en algunas versiones la simulación del PLC, es decir que se trabaja un proceso sin la existencia de un PLC. Maneja lenguaje ladder para la creación del software de supervisión del (también conocido como RLL). Archestra: Es una arquitectura de software de información y automatización diseñada para integrar y extender la vida de los sistemas, aprovechando las tecnologías de software y los estándares abiertos más avanzados de la industria. Archestra ha posicionado su actuar en plataformas como las de Wonderware en donde, con el uso de la tecnología ArchestrA, es posible ensamblar aplicaciones rápidamente por medio del uso de objetos de software, en lugar de programarlas desde cero. Es posible crear objetos template para casi cualquier propósito y luego utilizarlos para a partir de ellos construir nuevas aplicaciones de manera sencilla a través del reensamble y la ligera modificación de estos objetos, ahorrando con ello tiempo y reduciendo los costos de desarrollo (WONDERWARE, Spain, 2015). 2.2.6 Norma ISA S5.1
ISA S5.1 ( ANSI/ISA, 1992) Es un estándar creado por la ISA (International society of automation) que tiene el propósito de establecer un medio uniforme para la designación y representación en forma de símbolos de las herramientas y sistemas de instrumentación que se utilizan para la medición, control y supervisión de los procesos en la industria.
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2.2.7 Norma ISA S5.4
La norma ISA-S5.4 ( ANSI/ISA, 1991) establece la información general de los elementos
que hacen parte de un lazo de control; donde este lazo forma parte de un proceso
descrito por un diagrama de ingeniería conocido como P&ID (Piping and Instruments
Drawings) o diagrama de tuberías e instrumentación. El propósito de esta norma, es
proveer una guía para comprender y elaborar los diagramas de lazos de control de una
forma entendible para todos los involucrados en el proceso de dicho lazo, lo que mejora la
comunicación entre el personal técnico, no técnico, gerentes, diseñadores, constructores,
operadores y personal de mantenimiento.
2.2.8 Norma ISA S88.01
La norma S88 (ANSI/ISA, 1995) en su Parte 1 (S88.01) define los modelos y terminología
que se aplican en los sistemas de control por lotes. Esta norma aparece en 1995 y su
fundamento radica en que permite establecer unos Modelos y unos Términos que han
permitido que todos los fabricantes, empresas consumidoras e ingenieros que participan
en la industria del control catch (control por lotes) hayan podido unificar su lenguaje
independientemente de las herramientas utilizadas en su implementación.
De esta forma, se tiene una homologación de términos como celda de proceso, unidad,
módulos de equipo o módulos de control de una forma unificada y que permite definir
concretamente que sea, que haga y que signifique cada una de ellas. En lo que al modelo
físico, modelo de procedimientos y modelo de control de actividad ha permitido a los
fabricantes de sistemas seguir un mismo criterio a la hora de definir los módulos y
funciones de los que debe tener y cumplir cada uno de sus productos, entre los que se
encuentra: La gestión de recetas, planificación de la producción, gestión de Información
de la producción, gestión del proceso y de la interrelación entre dichos módulos.
La parte 1 de la Norma también toca el tema que define los tipos de recetas que deben
gestionar las compañías con el fin de obtener máximos niveles de flexibilidad e
integración entre sus sistemas empresariales y de planta, y entre diferentes fábricas
(empresas) u organizaciones. Teniendo en cuenta esto, se definen los siguientes tipos de
recetas: receta general, receta de fábrica, receta maestra y receta de control.
La receta general y de fábrica describe los procesos de fabricación para la producción
independientemente de los requerimientos de equipos, las recetas maestra y de control
describen las acciones específicas y detalladas requeridas en unos determinados equipos
para producir un lote del producto.
Para finalizar, al aplicar la combinación del modelo físico y de procedimiento es posible
definir la secuencia de actividades físicas, químicas o biológicas para la fabricación de
una cantidad específica y finita de producto (lote), en una secuencia de procedimientos de
unidad, operaciones y fases a ejecutar en una celda de Proceso.
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2.2.9 Norma ISA S95
La Norma ISA-95 (ANSI/ISA, 2000) es un estándar internacional que facilita la integración
de las funciones empresariales y los sistemas de control en empresas de manufactura.
Fue desarrollada por ISA (International Society of Automation) en el año de 1990, con el
fin de reducir el riesgo, el coste y los errores que van de la mano con la implementación
de interfaces entre dichos sistemas (funciones empresariales y sistemas de control)
(Scholten, 2007).
Esta norma contiene de los modelos y la terminología que son utilizados para el manejo de la información de un sistema automatizado teniendo en cuenta que la información, tiene que ser intercambiada entre sistemas de ventas, finanzas y logística y sistemas para la producción, mantenimiento y calidad.
El estándar ISA-95 internacional se aplica en todo tipo de entornos de fabricación, en todo el mundo y define 4 niveles en las empresas industriales:
Nivel 0. Define los procesos físicos reales. Nivel 1. Define las actividades involucradas en la detección y la manipulación de
los procesos físicos. Nivel 2. Define las actividades de seguimiento y control de los procesos físicos. Nivel 3. Define las actividades del flujo de trabajo para producir los productos
finales deseados. Nivel 4. Define las actividades relacionadas con la empresa necesaria para
gestionar una organización de fabricación (Brandl, 2015).
Figura 2.Niveles ISA S95 ( Windsystems , 2015)
Con base en cada uno de estos niveles se definen 5 partes o estándares de la norma ISA-95.
Norma ISA S95.00.01 ( ANSI/ISA, 2000) Modelos y terminología
La primera parte de esta norma proporciona los modelos estándar y la terminología para describir las interfaces entre los sistemas de negocio de una empresa y sus operaciones
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de fabricación y sistemas de control. Los modelos y la terminología que se presentan en esta norma cuentan con los siguientes fines y características:
Hacer la integración de sistemas de control con sistemas de la empresa durante todo el ciclo de vida de los sistemas.
para mejorar las capacidades de integración existentes de las operaciones de fabricación y sistemas de control con los sistemas empresariales.
Se puede aplicar con independencia del grado de automatización.
Esta norma proporciona una terminología estándar y un conjunto coherente de conceptos y modelos destinados a la integración entre los sistemas de control y los sistemas para mejorar la comunicación entre todos los departamentos empresariales involucrados en la actividad.
Norma ISA S95.00.02 (ANSI/ISA, 2001) Atributos del modelo de objetos
Esta sección del estándar define, modelos de objetos formales para el intercambio de información descrita en la Parte 1 (siendo la parte 1 la encargada de definir las actividades involucradas en la detección y la manipulación de los procesos físicos) usando modelos UML de objetos, tablas de atributos y ejemplos.
Los modelos y terminología definidos en esta parte de la norma buscan establecer un estándar y un conjunto coherente de conceptos y modelos para la integración de sistemas de control con los sistemas empresariales que mejoren la comunicación entre todas las partes involucradas. Esta norma puede ser utilizada para reducir el esfuerzo asociado a la implementación de nuevas ofertas de productos. El objetivo es contar con sistemas empresariales y sistemas de control que interactúan y se integran fácilmente.
Norma ISA S95.00.03 (ANSI/ISA, 2005) Modelos de actividad
Define las actividades de producción y de los flujos de información. Esta parte de la norma proporciona modelos de referencia para las actividades de producción, actividades de calidad, actividades de mantenimiento y las actividades de inventario. Con estos modelos se puede dejar en claro cuál es la situación real de su empresa, en si fundamenta y es base del funcionamiento de una MES (sistema de ejecución de manufactura).
La aplicación de esta parte de la norma conlleva a las siguientes ventajas:
Conocimiento del manejo de proveedores con respecto al nivel de producción. Información sobre necesidades de los clientes. Se desarrolla una definición más completa de las actividades de producción y la
información dentro de la empresa. Se establece cuales sistemas de automatización se utilizan en el área de
producción y cuál es la responsabilidad exacta de cada una.
Norma ISA S95.00.04 Modelos y atributos de los objetos
Esta especificación técnica define los modelos de objetos que determinan qué información se intercambia entre las actividades MES (que se definen en el parte 3). Los modelos y los atributos de la parte 4 son la base para el diseño y la implementación de estándares de interfaz y asegurando de un lapso flexible de la cooperación y el intercambio de información entre las diferentes actividades MES.
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Norma ISA S95.00.05 Transacciones de fabricación
Se basa en el uso de modelos de ISA-95 previamente definidas en los estándares de la Parte 1 y Parte 2, para definir modelos de transacción para el intercambio de información. Las transacciones se dan en todos los niveles dentro de la empresa y entre los socios de la empresa, y están relacionados con todas sus actividades; pero el foco de esta norma es la interfaz entre los sistemas empresariales, comerciales y sistemas de fabricación. Esta norma tiene la responsabilidad de proporcionar información acerca del nivel de trabajo requerido para la construcción de mensajes de información de las transacciones de negocio a la fabricación. Esta norma define las transacciones en materia de intercambios de información entre las
aplicaciones que realizan actividades empresariales y de fabricación asociados a los
niveles 3 y 4. Los intercambios tienen por objeto permitir la recopilación de información,
recuperación, transferencia y almacenamiento de apoyo a la integración de sistemas de
control de la empresa.
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3. DISEÑO METODOLÓGICO 3.1 ALCANCE DE LA INVESTIGACIÓN El desarrollo del módulo de simulación destinado para las prácticas del laboratorio de la asignatura sistema MES de la especialización en Control e Instrumentación Industrial está centrado en implantar una herramienta completa que permita conocer el funcionamiento de una planta de producción, en donde se puede manipular las variables de proceso y observar el comportamiento de la eficiencia de los mismos y de los tiempos de producción, los cuales se alteran en tiempo real. Para tener un soporte técnico se hizo una interpretación de estándares ISA, en los que se busca aplicar en la simulación de la planta de acetaminofén algunos apartados de las normas ISA S88 e ISA S95. Respecto a la norma ISA S88 se generan los siguientes modelos: modelo de proceso, modelo físico y modelo de control procedimental; en cuanto a la norma ISA S95 se identificaron y se aplicaron conceptos fundamentados en modelos del estándar para establecer: Capacidad de la producción, definición de procesos productivos, definición de un cronograma de producción y desempeño de la producción de la planta productora de acetaminofén. También se genera el diagrama P&ID que está soportado por los estándares ISA S5.1 e ISAS5.4 donde se designan y simbolizan los componentes de la instrumentación de la planta y sus respectivos lazos de control. Figura 3. Planta productora de acetaminofén base
Una vez se estableció la aplicación de la simulación de la planta productora de acetaminofén, se mide el impacto en la clase impartidas a los estudiantes, se observó si se obtuvo una fortaleza en la explicación de la temática asociada a los sistemas MES por parte de los docentes, además, si se proporcionó una mejora en la calidad de las prácticas de laboratorio propias de la asignatura de sistema MES y en la formación de los profesionales aspirantes a la especialización en Control e Instrumentación Industrial.
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De acuerdo a lo anterior, para el desarrollo del proyecto se hizo un estudio sobre los procesos y sus respectivas variables, las cuales están relacionadas con la producción del acetaminofén, la interpretación de los estándares ISA y la investigación sobre el uso de la plataforma de software de Wonderware. 3.2 PLANTA DE PRODUCCIÓN INDUSTRIAL DE ACETAMINOFÉN El módulo de simulación está basado en una planta de producción industrial de Acetaminofén, dicha planta se muestra en la Figura 3.
Se evidencia que en el diseño básico de la planta de Acetaminofén, se hace una descripción de la situación del funcionamiento de la planta y a su vez se enuncian cada uno de los procesos involucrados, además de los tiempos, temperaturas y niveles en los tanques de suministros, dichas características de la producción son ideales.
Se desea planificar la fabricación del Acetaminofén para el periodo de una semana. La planta que se tiene posee la particularidad de generar un producto con una concentración del 71% de acetaminofén líquido. Para hacer la explicación del proceso de producción, este se tuvo que clasificar en tres fases secuenciales, las cuales son: Hidratación de la cetena, esterificación del ácido acético y obtención del paracetaminofenol (acetaminofén o también conocido como paracetamol, al 71% de concentración), posteriormente, se hace a continuación una descripción más detallada de cada una de las fases del proceso de producción.
Pasos a seguir en la producción:
Purificación: Se realiza un proceso de purificación del para-Aminofenol; extrayendo un 4% del compuesto (este 4% es producto con nivel de impureza que afectaría la fabricación de acetaminofén). Las condiciones del proceso de purificación están controladas. Tiempo de 15 minutos. Reacción: El para-Aminofenol purificado junto con el ácido acético y el anhídrido acético, reaccionan (a 132 °C y presión controlada) para obtener el acetaminofén y ácido acético. Tiempo de 45 minutos. Separador: Se procede con la separación entre el acetaminofén y el ácido acético; en esta separación el ácido acético pasa a estado líquido y el acetaminofén se utiliza para generar las tabletas de concentración de 500 mg. Tiempo de 50 minutos. El enunciado de este proceso de producción fue tomado de un parcial con el título de “Caso de planificación y control de una empresa del sector farmacéutico”, formulado por el profesor Orlando Federico González Casallas para la asignatura de Control de la Producción de la facultad de Ingeniería Industrial de la Universidad Pontificia Bolivariana seccional Bucaramanga.
3.3 DISEÑO DE LA INVESTIGACIÓN Para el desarrollo del proyecto este se divide en 8 etapas, las cuales son secuenciales y se describen a continuación de acuerdo al tipo de investigación que se llevará a cabo.
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Tabla 1.Etapas del desarrollo del proyecto y su clasificación
EXPLORATORIO ETAPA1. Análisis de la planta de producción ETAPA2. Estandarización del proceso de producción ETAPA3. Estudio e interpretación de los estándares de las normas ISA S5.1 S5.4 S88.01 S95.01-03 para el desarrollo de la automatización ETAPA4. Familiarización con la plataforma de software Wonderware
DESCRIPTIVO ETAPA5. Aplicación conceptos y creación de modelos de los estándares ISA en la planta, creación de modelos. ETAPA6. Creación del programa de automatización y simulación del PLC ETAPA7: Diseño de la HMI y unión con la simulación del PLC ETAPA8. Programación de la HMI ETAPA9. Establecimiento de los parámetros de rendimiento y eficiencia en los procesos de producción como parte de un sistema MES ETAPA10. Utilización del módulo de simulación de la planta en la práctica de laboratorio de la asignatura de sistema MES de la especialización en Control e Instrumentación Industrial ETAPA11. Análisis de los resultados obtenidos de la herramienta de medición ETAPA12. Aplicación de mejoras obtenidas desde la medición ETAPA13. Elaboración del informe final del proyecto
Fuente: Autor
3.3.1 Etapas para el desarrollo del proyecto
ETAPA1. Análisis de la planta de producción:
Se procedió a comprender la dinámica, el equipo necesario y variables del proceso de producción del Acetaminofén, con el fin de entender su funcionamiento y hacer modificaciones a los procesos y a la planta en el caso de ser necesarios. ETAPA2. Estandarización del proceso de producción:
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En esta etapa fue necesario establecer una secuencialidad y orden en las actividades que hacen parte de la planta por lo que se pasa a elaborar un diagrama de proceso, en el cual se especifican la secuencia de pasos que se desarrolla durante la producción del Acetaminofén.
ETAPA3. Estudio e interpretación de los estándares de las normas ISA S88 S95 para el desarrollo de la automatización: Para el desarrollo de esta etapa se hizo un estudio minucioso sobre los estándares generados por la ISA S88 y S95, con el fin de orientar las siguientes etapas de este proyecto para la obtención de un diseño de funcionamiento de la planta que no tenga redundancias ni conflictos en los diferentes niveles de su automatización; también se tuvo en cuenta los estándares S5.1 y S5.4 para la creación del diagrama de planta. ETAPA4. Familiarización con la plataforma de software Wonderware: Una vez se estableció el proceso de producción se hizo una familiarización con las herramientas que proporciona la plataforma de software de Wonderware, donde se pudo identificar la funcionalidad de cada una de ellas y se proyectó el trabajo a realizar y así poder generar la simulación del módulo. ETAPA5. Creación de los modelos y aplicación de conceptos de los estándares ISA en la planta. Se aplicaron los conceptos y modelos previamente formulados en el alcance del actual proyecto, con el fin de orientar el diseño, estandarización y formalización de la planta. ETAPA6. Creación del programa de automatización y simulación del PLC:
Después de la secuencia de actividades de la planta, se procedió a diseñar el programa de automatización del proceso de producción en lenguaje ladder, así mismo, se estableció la lógica de la automatización de la producción, donde se generó la simulación del PLC y su programación mediante la herramienta InControl de la plataforma Wonderware, en esta etapa del desarrollo del proyecto se llevaron a cabo simulaciones del PLC y se comprobó su correcto funcionamiento de acuerdo a la estandarización del proceso que se estableció en la etapa 5.
ETAPA7: Diseño de la HMI y unión con la simulación del PLC:
Mediante el uso de la galaxia de Archestra, que también es una de las herramientas de software de la plataforma Wonderware, se generó un modelo en el cual se hizo la creación de módulos de cada uno de los elementos que hacen parte de la planta, entre los que se encuentran los tanques, válvulas y bombas; con el fin de relacionar las variables del programa del PLC con el modelo. Posteriormente, se procedió a realizar la toma de los módulos de los elementos de la planta que están en la galaxia de Archestra, como base para diseñar la HMI, esencial para llevar a cabo la operación y visualización del proceso de producción, mediante la herramienta InTouch que también hace parte de la plataforma de software Wonderware.
ETAPA8. Programación de la HMI:
En esta etapa se realizó el diseño de alarmas, variables y se obtuvo una representación gráfica de la planta, del mismo modo se ejecutó el proceso de programar el comportamiento de la HMI, de acuerdo a las variables que se han establecido en la etapa de la simulación del PLC y que se han anexado en el modelo como módulos en la galaxia de Archestra, donde se puede evidenciar que este proceso generó modificaciones en los
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software de InControl, ArchestrA e InTouch a medida que se hizo su ejecución. Una vez finalizada esta etapa del proyecto, se pudo observar el comportamiento automático de la planta y se especifica que se tiene la posibilidad de intervenir en las variables del proceso de producción del Acetaminofén en tiempo real.
ETAPA9. Establecimiento de los parámetros de rendimiento y eficiencia en los procesos de producción como parte de un sistema MES: Una vez programada la HMI y comprobado su correcto funcionamiento se pasó a establecer los parámetros de la planta en funcionamiento en óptimas condiciones y respectivamente los de rendimiento y eficiencia en los procesos de la producción realizados por maquinaria, con el fin de identificar como se afecta el nivel de producción y eficiencia de los procesos a la hora de hacer cambios en las variables del mismo, de esta forma se estableció el sistema MES de la planta. Una vez se finalizó esta etapa se probó el completo funcionamiento del módulo de simulación, por consiguiente, a partir de esta etapa la planta ya está disponible para ser utilizada.
ETAPA10. Utilización del módulo de simulación de la planta en la práctica de laboratorio de la asignatura de sistema MES de la especialización en Control e Instrumentación Industrial: Se realizó la implementación del modelo de simulación en la práctica de laboratorio de sistemas MES, lo que permitió que estudiantes y docentes evidenciaran el respectivo funcionamiento de la planta y a su vez se apreciaron buenas críticas sobre su ejecución y algunas sugerencias. Además, en esta etapa se aplicó un instrumento de medición sobre la conformidad al usar la planta y en el desempeño de la clase y algunos pre saberes; este instrumento fue una encuesta dirigida sólo a los estudiantes.
ETAPA11. Análisis de los resultados obtenidos de la herramienta de medición: En esta etapa se realizó el debido análisis, el cual fue emitido por el instrumento de medición, donde se recopiló información sobre posibles mejoras que se pueden implementar y a su vez se adquirió un nivel de satisfacción e información referente a la competencia del uso de la planta en la práctica del laboratorio. ETAPA12. Aplicación de mejoras obtenidas desde la medición: Los resultados obtenidos desde el instrumento de medición permitieron identificar algunas debilidades que se presentaron en la planta y dichas debilidades son traducidas en fortalezas, debido a que se generaron modificaciones, las cuales mejoraron las características del funcionamiento de la simulación de la planta. ETAPA13. Elaboración del informe final del proyecto: En esta etapa se generó la documentación que respalda el respectivo proceso que se ha llevado a cabo para ejecutar el módulo de simulación, por lo tanto, esta documentación se define como la respuesta a la problemática que enfrenta la asignatura de sistema MES de la especialización en Control e Instrumentación Industrial; además se preparó la sustentación de este informe final del proyecto frente a los calificadores, directores de los programas académicos y personas interesadas en el tema. 3.4 IMPLICACIONES ÉTICAS Este proyecto tuvo como finalidad desarrollar una aplicación centrada a temas de automatización, la cual es y será útil para las prácticas de laboratorio de la asignatura
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sistema MES de la especialización en Control e Instrumentación Industrial de la Universidad Pontificia Bolivariana seccional Bucaramanga. El actual proyecto se realizó con el ánimo de obtener los títulos de pregrado de Ingeniero Electrónico e Ingeniero Industrial. El resultado funcional del proyecto de grado fue implementado en la práctica de laboratorio de la asignatura de Sistemas MES para ser entregado a la Universidad Pontificia Bolivariana, con el fin de mejorar los procesos educativos de una de las materias de la respectiva especialización.
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4. PROCEDIMIENTO
4.1 ANÁLISIS DE LA PLANTA DE PRODUCCIÓN
El proceso de producción de acetaminofén, propuesto por el Ingeniero Orlando Federico
Gonzalez Casallas, donde se muestran las reacciones químicas básicas. Fue diseñado
con el propósito de apropiar conceptos relacionados con materiales y planificación de
actividades; de modo que se afirma que no es una ejemplificación del proceso real de la
producción de dicho medicamento, debido a que las variables químicas y procesos que se
deben manipular en la producción real están fuera de las temáticas de la Ingeniería
Industrial y/o la Ingeniería Electrónica, por lo tanto hacen parte de la química aplicada.
Además, se consideraron los procesos de purificación, reacción y separación como
ideales, es decir que las variables de presión, temperatura y tiempo de dichos procesos
no van a ser alterados en ningún momento, debido a que se entraría a manipular
variables químicas que alterarían la calidad del producto, otro aspecto a tener en cuenta
se relaciona a la velocidad con la reacciona el proceso no cambia; de modo que los
aspectos mencionados anteriormente no se modifican pues no son el objetivo a trabajar
en el actual proyecto.
Las reacciones químicas del proceso son la base de la producción del Acetaminofén, y
estas reacciones se rigen por un balanceo de masas, que permitieron conocer las
cantidades que cada reactivo necesita para la producción de dicho medicamento.
Figura 4. Planta de producción del ejemplo con las respectivas sustancias
El primer paso para iniciar con el análisis de la planta fue el conocimiento de cada una de
las sustancias químicas que conforman los procesos químicos y también de cada uno de
los elementos químicos que conforman dichas sustancias. Se muestra en la Tabla 2 y
Tabla3 información de las sustancias y de los elementos químicos presentes en los
procesos de esta planta de producción de Acetaminofén:
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Tabla 2. Elementos químicos y su masa atómica
Átomo Masa atómico (kg/kmol)
Carbono 12
Hidrógeno 1
Oxígeno 16
Nitrógeno 14
Tabla 3. Expresión estequiometria de las sustancias y su respectiva masa atómica
Se muestra en la Figura 4 que a la entrada de la reacción se tienen dos sustancias, estas
son: Para Aminofenol, ácido acético y anhídrido acético. Y a la salida se tienen dos
sustancias que son: Ácido acético y paracetamol (Acetaminofén)
A continuación se muestra la expresión del comportamiento de la reacción y de cada una
ZAMORA, A. (2009). Acondicionamiento de un brazo manipulador monitoreado por medio
de una interfaz gráfica realizada con “InTouch the Wonderware”. Zacatenco:
Instituto Nacional Escuela Superior de Ingenieria Mecanica y Électrica unidad
profesional Adolfo Lopez Mateos.
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ANEXOS
ANEXO A. Creación del proyecto
Para el desarrollo del proyecto se ha seguido una secuencia de pasos que se registraron por medio de pantallazos con el ánimo de hacer este anexo, se explica y se hace énfasis en cada uno del software que se usó.
A.1 USO DE LA MAQUINA VIRTUAL Para el desarrollo de este proyecto, uno de los requerimientos era la posibilidad de programar un PLC, por lo cual dentro de la simulación se requería de uno, sin embargo las versiones más actuales del software de Wonderware no tienen esta posibilidad, razón por la cual se trabaja con una versión anterior que necesariamente debe estar instalada y ejecutada en Windows XP. Para manejar este sistema operativo se hace uso de la herramienta VMWare que permite la posibilidad de creación y gestión de varios sistemas operativos como máquinas virtuales, una de las ventajas de usar dichas máquinas virtuales radica en que: si un computador cualquiera tiene instalado el software de VMWare, este tendrá la posibilidad de usar la máquina virtual que se puede guardar en una USB o disco duro portable, lo que permite que sea fácilmente replicable. Respecto al proyecto, al ser fácilmente replicada la máquina virtual en la cual se desarrolló la planta de simulación, facilita el uso de la misma en cada uno de los computadores del aula móvil que se usó en la práctica del laboratorio de sistemas MES de la especialización en control, e instrumentación industrial. A continuación se observa el entorno del software de VMware y como se hace el proceso de selección de la máquina virtual:
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Tan pronto empezamos a usar la máquina virtual, tenemos la posibilidad de trabajar con
todos los accesorios el hardware pero con el software del sistema operativo Windows XP,
esto quiere decir que podremos usar, redes inalámbricas, puertos USB, CD y las demás
posibilidades del computador que estamos usando como huésped de la máquina virtual.
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A.2 USO DE INCONTROL
La segunda etapa del trabajo se basó en el uso e InControl para la simulación del PLC,
programación y obtención de las variables del mismo.
Se abre el software:
A.1.1 Creación del proyecto
Se crea un nuevo proyecto
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Es asignado un Nuevo nombre para dicho proyecto
Se pasó a abrir el nuevo proyecto en la ubicación seleccionada.
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Se puede observar el entorno del programa, las opciones de edición, salvar el proyecto y
de navegación para uso de herramientas.
Se da la opción de crear un nuevo programa
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Se escoge RLL program, cabe aclarar que esta opción es la que permite que el programa
este diseñado bajo el lenguaje de programación ladder.
Se da un nuevo nombre al programa, en este caso se llamó prueba1
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Se observa el menú de variables, entre los que están los relés auxiliares, módulos varios
(temporizadores, contadores) y bobinas.
Se pasó a la creación de variables, es importante aclarar que el proceso de programación
y creación de variables es conjunto, lo que quiere decir que es un proceso que tiene un
progreso lento y constante.
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A.1.2 Programación ladder
Se llevan a cabo los primeros pasos para la programación, estos se basan en la creación
de cada uno de los peldaños característicos del lenguaje ladder, es necesario enfatizar
que el desarrollo de este programa se ha basado en el desarrollo del Grafcet que se
encuentra en la sección 4.4.1 Grafcet del documento principal.
Se muestran los avances en la programación
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Con el fin de evitar la prolongación de la visualización de pantallazos en este anexo, se
crea un ANEXOB que se encarga de hacer una explicación del proceso de la creación del
programa ladder, de esta manera a continuación se muestra una imagen del resultado
final , es decir tan pronto se acabó el proceso de programación.
Se hace la conexión del programa
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Se le da la opción de correr al programa
Se deben reiniciar salidas en cada simulación
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A.1.3 Simulación del programa
Se observa la manipulación de las variables en el proceso de simulación
Cada una de las salidas está sujeta a modificaciones en su estado a medida que se
modifican las entradas, así se observa en la siguiente imagen.
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Una vez se manipulan las variables y se observa que el comportamiento deseado ha sido
el requerido se ha culminado la programación, de esta forma el siguiente paso es parar el
programa.
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Y se hace la desconexión del mismo.
Como se mencionó anteriormente, se ha comprobado que el funcionamiento del programa
es el adecuado, el siguiente paso es hacer la exportación de las variables del InControl a
un archivo Excel, este archivo Excel es el encargado de tomar dichas variables con el fin
de ser utilizadas en la etapa de trabajo con ArchestrA, pasar las variables a este último
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software, se siguió el siguiente procedimiento, el primer paso es hacer la selección de las
variables.
A.1.4 Exportación de las variables
Para poder hacer la exportación de las variables se abre la opción de add symbol como
se muestra en la siguiente imagen
Se hace la selección de cada variable
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Una vez se ha hecho la selección de todas las variables se da la opción de exportar
Se hace clic en la opción de exportar
Aparece una pantalla donde seleccionamos InControl Cross reference y damos aceptar
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Se hace la creación de archivo de variables en formato Excel, este archivo debe ser
salvado en una ubicación fácilmente reconocible, pues dicho archivo se va a necesitar
mas adelante.
Para verificar la creación y funcionamiento del archivo Excel, se hace la búsqueda del
archivo
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Se abre el archivo y se observa el listado de las variables, este permitirá que se haga la
conexión con la galaxia de ArchestrA.
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A.3 USO DE ARCHESTRA
El siguiente paso es el inicio del trabajo con la plataforma de ArchestrA y la creación de la
galaxia, este paso permite la obtención de las variables desde el InControl, la creación de
las conexiones con el PLC, creación de las áreas de la planta, creación de alarmas y
elementos de la planta que se requieren.
Se debe mencionar que este es el proceso más largo de todo el anexo, razón por la cual
se hace una diferenciación a lo largo de las tares que se realizan en este software.
A.3.1 Creación de la galaxia del proyecto
Se muestra el proceso de ventanas para abrir el software de ArchestrA
Se hace la creación de la galaxia
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Se da la opción de nombrar la galaxia
Proceso de creación de la galaxia, este proceso puede tardar unos minutos y se muestra
en la siguiente imagen.
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Una vez se acaba este proceso se da cerrar y pasamos a conectar la galaxia
Ahora se muestra el entorno de la plataforma de ArchestrA
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Se despliegan algunos sub menús que se muestran en las siguientes imágenes, se hizo
un reconocimiento de las opciones que da el software de ArchestrA y se da via libre al
siguiente paso del manejo del software.
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A.3.2 Creación de la planta y sus áreas dentro de la galaxia
Se hacen unas modificaciones en las ventanas del programa que dan paso a la creación
del área de la planta
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Se crea la planta piloto
La renombramos como plantax, esta planta es la base fundamental de todo el proyecto.
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Ahora vamos a parte de System y vamos a crear una derivación de la plantax, con el fin
de crear una plantilla para las áreas de la planta
En área damos clic derecho y creamos una derivación
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Se crea area1
Movemos area1 hasta plantax, esta area1 es una plantilla, a partir de esta vamos a
generar las instancias de las otras áreas de la planta.
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Se debe tener en cuenta que la creación de las áreas de la planta en el software, fueron
orientadas por la creación de los modelos de la norma ISA S88.01, más específicamente
el modelo físico de la planta que se encuentra en la sección 4.3.2 NORMA ISA S88; del
documento principal.
Creación de la primera área de la planta
Esta sera el área del purificador, se observa que aparece en la parte de modelo, es el
nuevo y único elemento de la parte de abajo.
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Le cambiamos el nombre el área a purificador
Creamos el área del reactor
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Se debe crear también el área de separación de la planta
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A.3.3 Creación de los elementos de control para la planta
Como se ha mencionado anteriormente, cada uno de los elementos de control se han
creado y posicionado en una determinada área de la planta basado en el criterio
establecido por el modelo físico de la planta, cuyo diseño fue establecido de acuerdo a la
norma ISA S88.
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Una vez se han creado las áreas de la planta, se crean las plantillas para los elementos
de la planta, se entra a System elementos discretos, en esta parte podemos hacer las
plantillas para los objetos de la planta, que en este caso son válvulas y bombas.
Este elemento nuevo lo vamos a llamar válvula, y va a ser la plantilla base para cada una
de las válvulas a crear más adelante.
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La movemos a plantax
Acá se puede modificar las características de la plantilla de la válvula
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Se habilitan las entradas
Se habilitan salidas
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Se habilita la transición de estado
se hace cambio de las características del uso de las válvulas, es decir que se dan valores
de cerrado en estado pasivo, abierto en estado activo, un estado de transición y un valor
por defecto.
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Ahora se modifican características del estado a las entradas
Ahora con las salidas se hace las modificaciones de las salidas
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Salvamos el programa
Damos clic en la opción ok
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Damos cerrar
Y ahora vamos a hacer la creación de la plantilla de las bombas, primero se hace la
creación de la instancia para el elemento
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Se renombra la instancia para la bomba
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Esta instancia y las de más se trasladan al sub menú de plantax
Se abre el menú de la bomba, en este manu se pueden modificar las características del
funcionamiento de la bomba.
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Se habilita entrada y salida de la bomba
Se hace la configuración de los estados de la bomba basándose en la entrada y salida
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Se modifican las entradas con relación a los estados
Y se ponen cambios en las salidas
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Ya hemos terminado la creación de la plantilla de la bomba. Se salva el progreso
Damos ok
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Esperamos y cerramos la ventana
Tomando como base las plantillas que se crearon anteriormente, ahora se van a crear
cada una de las válvulas. A partir de la plantilla de válvula se crea una instancia de
válvula.
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Se ve de esta forma
La renombraremos como fv1
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De esta forma se crea cada una de las variables que se necesitan para la planta, en esta
planta de acuerdo al diseño del modelo físico basado por el estándar ISA S88,
observamos que necesitamos 8 válvulas que se distribuyen a lo largo de la planta y las
áreas.
Se renombra cada una de las valvulas
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Ahora se debe poner cada una de las válvulas dentro de las áreas necesitadas
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En caso de que necesitaremos otro tipo de válvulas se debería hacer más plantillas de
tipos de válvulas diferentes.
Se repite el proceso anterior con las bombas, es decir se toma la plantilla, se crea
derivaciones y se renombra cada una de ellas, finalmente se traslada cada una de las
bombas a cada una de las áreas de la planta.
Se
la siguiente imagen muestra cómo se asigna cada bomba a su área
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El siguiente paso es el modelo de implementación de toda la planta
Para generar la implementación de la planta, es decir que el programa se compile, se
debe crear una nueva derivación
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Se mueve a plantax
Lo mismo con App engine, se crea una derivación que se transalada
145
Y
se mueve a plantax
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Se debe crear una nueva área de la planta que tiene como fin albergar el control y por lo
tanto las variables que provienen del InControl, se crea una nueva instancia desde el área
base que hay en plantax y se llamara control, en engine una nueva instancia que se
llamara maquina1 y en Winplataform una instancia llamada plataforma, lo que da como
resultado
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Ahora movemos maquina1 y plataforma al área de control
Pasamos a la ventana de deploy
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Se organiza los elementos por jerarquías, quedando de la siguiente forma:
A.3.4 Creación de la conexión con el InControl
La siguiente etapa es la creación de la conexión con el InControl
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Aparece la derivación
La movemos a plantax
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Desde aquí creamos una nueva instancia que llamaremos InControl
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Le damos doble clic
Procedemos a configurarlo, vamos a poner el nombre de wsp3 t Rtengine para poder
manejar la conexión al pc y para especificar que no estamos trabajando con servidores.
153
Ahora vamos a abrir en el símbolo de + para anexar las variables
Al poner la opción de tagname damos la orden de buscar las variables como se
configuraron en el Excel previamente en la parte de configuración del InControl.
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Damos clic en la opción de buscar las variables en archivo Excel
Sale esta pantalla donde buscamos el archivo Excel
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Buscamos el archivo donde se había guardado
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Se observa una columna a la izquierda donde aparece cada una de las variables
completa, la de la izquierda debe aparecer de igual forma pero para que aparezca
completa, esta se debe completar a mano.
Hasta que se complete todo el proceso
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Y ahora solo queda salvar el progreso
Se selecciona la opción de ok
158
El siguiente paso es relacionar cada una de las variables del InControl con los elementos
creados
Dentro de la pantalla de deploy se observa el InControl creado
Este se movió a maquina1
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A.3.5 Asociación de las variables de InControl con los elementos creados
Ahora se asocia cada una de las válvulas y bombas con las variables que las activan y
desactivan
Se modifican entradas
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Y
así con cada uno de los elementos
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Seguimos así con cada una de las válvulas y las bombas hasta que tenemos completo el
proceso de asignación de variables para los elementos creados en ArchestrA.
Esto se identifica cuando tanto válvulas como bombas no tienen ningún signo de
admiración en su icono
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A.3.6 Deploy (implementación) de la planta
Implementación de la planta, se buscar el icono de deploy y se ejecuta el programa que
implementa la planta, al decir implementar significa que genera la conexión entre
ArchestrA e InControl para el posterior manejo de InTouch.
Este proceso tarda varios minutos
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Al finalizar este proceso cerramos
Verificamos la conexión
164
Se observa que fue exitosa la conexión
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A.4 USO DE INTOUCH
A.4.1 Creación de la plantilla InTouch en ArchestrA
Ahora se procede a crear la HMI, como todo lo que se ha creado, se va a System y se
crea una derivación
Esta nueva derivación se llamó plantax
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Ahora en Viewengine se crea una nueva instancia
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Que se nombró como HMI
Ahora se selecciona la plantax de la HMI que es una derivación, es decir una plantilla
168
Y se lleva al área principal de plantax
Se crea una nueva instancia de plantax HMI
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Que la llamaremos planta x
Esta plantax la pasaremos a HMI
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De esta forma cuando pasamos a la pantalla de deploy encontramos que se observa de la
siguiente manera.
A.4.2 Creación del archivo InTouch para el proyecto
Damos doble clic en la plantax, cabe resaltar que esta es el área principal de la planta y
se selecciona la plantilla que hace para el software de InTouch, es decir que se abre el
software de InTouch
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Lo primero que sucede es que nos da la opción de crear una aplicación i abrir una, en
este caso la vamos a crear.
Le se selecciona la opción: nombre.
Una vez cumplido el proceso anterior, se abre el Windowmaker, que es la ventana de
creación y programación de la HMI que tiene InTouch
172
Se crea una ventana
Se le da nombre, se selecciona un tamaño y un color de fondo
173
Acá se observa la ventana nueva
Podemos modificarla manualmente
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A.4.3 Selección y uso de primeros elementos de la HMI
Se ponen los primeros elementos desde este menú
Se
ve la librería de elementos que existe
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Se escoge el tanque y se pone
Se arregla su tamaño
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Se deja fijo y se copia
Se pega las veces que necesitamos, en este caso es 9 veces
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Se crean las 8 válvulas necesarias, primero es escoge
Se hace la instalación de la válvula en window maker.
178
Se copia y pega 8 veces, pues necesitamos 8 válvulas
De la misma forma se debe hacer con cada tubo, codo y bomba que se necesite
Es necesario hacer referencia que el comportamiento de cada uno de los tanques,
válvulas, bombas, tubos, codos, conexiones y demás tienen un comportamiento
modificable, al dar doble clic en un elemento, por ejemplo un tanque, se obtiene el
siguiente menú
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En este menú se puede modificar el color del fluido, el nivel máximo y mínimo de
capacidad y algunas características más.
A.4.4 Programación de la HMI
Se selecciona la opción ok y se pasa a abrir el entorno de programación
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Este es el entorno de programación donde se desarrolla el código que controla el
movimiento de los tanques, la modificación de las variables del PLC, las alarmas y otros
aspectos más
Se omite cada uno de los pasos de la programación de la HMI, el progreso de la creación
de la HMI se muestra en el ANEXO C, allí se encuentra la explicación paso a paso del
cogido elaborado y de cada uno de los elementos que se usaron para el desarrollo de la
misma.
181
Una vez se ha culminado la HMI, se obtiene tiene esta imagen, se muestra primero la
pantalla de selección de ventana a abrir, cabe resaltar que se abre en la opción de
Windowmaker que es la opción donde InTouch permite la programación y modificación de
la parte visual de la planta.
Se abre la ventana principal que muestra la planta
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La pantalla de datos históricos en su modo de Windowmaker
Se muestra la pantalla de parámetros de rendimiento
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Se muestra ahora la ubicación de donde se encuentra el código que maneja la parte
visual, botones, alarmas y comportamiento de los tanques.
Código del programa y entorno de desarrollo del mismo
184
185
A.5 USO DE LA PLANTA
Ahora se procede a abrir el runtime que permite abrir el Windowviewer para visualizar las
variables de proceso en modificación.
Se observa que sale la planta y lo primero que se hace es escoger una velocidad de
proceso, esta velocidad está relacionada únicamente a la rapidez con la que se lleva a
cabo la visualización de la simulación y no influye con el proceso o sus parámetros de
rendimiento.
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Se seleccionó el número de corrida, este número de corrida hace diferencia en cada una
de las veces que se hace el proceso y perite guardar los datos históricos para su posterior
análisis.
Ahora se pone en funcionamiento la planta, con el pulsador de inicio
Se observa que el proceso de producción inicia y es automático
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Se puede hacer una parado de emergencia
Y si se desea reanudar el proceso productivo, esto obviamente altera los parámetros de
rendimiento de la plata
188
Otra forma de hacer un paro en la planta es la manipulación de variables, como el flujo
por medio de las válvulas, la planta identifica que está siendo alterada y detiene la
producción, esto ocasiona también que se afecte el performance de la planta y por lo
tanto va a disminuir el OEE.
El comportamiento que se muestra en la imagen anterior, es decir que se encuentre activa
la alarma por válvulas en posición de off, no cambiara hasta que la válvula no vuelva a su
estado original.
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Se pueden oprimir varios pulsadores para activar las válvulas y se va a obtener el mismo
resultado.
Hasta que no se desactiven todas las válvulas no se va a seguir con el proceso.
190
En la siguiente imagen se muestra que ya se ha quitado la última válvula que modificaba
el funcionamiento normal de la planta, por esta razón el proceso sigue llevándose a cabo.
Ahora se cambia el número de corrida y se hace la simulación una vez más, dicho número
de corridas, se consideró que era mejor dejarlo manual y no automático, ya que en caso
que el estudiante cometa un error de manejo de la planta, este podrá volver al número de
corrida deseado para volver a hacer el proceso y de esta forma seguir avanzando en el
manejo de la planta en la practica.
191
Continuamos haciendo corrida tras corrida para de esta forma llenar las 10 corridas de
requisito que se requieren para hacer la práctica de laboratorio.
Se avanza en el número de corridas, en la siguiente imagen se muestra la numero 4
192
En cada una de las corridas se puede cambiar de pantallas, es decir pasar de la ventana
principal a la ventana de parámetros de rendimiento o a la de datos históricos.
Esto se logra de la siguiente forma
De esta manera se selecciona la pantalla que se quiere visualizar
193
Se abre la ventana de parámetros de rendimiento, y se puede analizar dichos parámetros
para la última corrida que fue la número 4
Y podemos de la misma forma abrir la ventana de datos históricos
194
Se selecciona la pantalla de datos historicos
Y se observa la información histórica de la planta durante las 4 corridas que se han
llevado a cabo
195
El objetivo a desarrollar en la práctica usando como herramienta esta planta es de
completar las 10 corridas para poder hacer el posterior análisis de la producción que se
llevó a cabo.
Se cambia de ventana, y se selecciona la principal
Y se sigue con la corrida de simulación 5, y la 6; hasta completar la corrida número 10 con
el fin de observar los datos históricos
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Se hace la corrida numero 10
Se pasa a ver los datos históricos donde se observa la información de los parámetros de
rendimiento a lo largo de la producción
197
En el pantallazo que se muestra a continuación se toman los datos y se culmina la
utilización de la planta.
198
Ahora se pasa a cerrar el programa.
Y se da por finalizada la tarea.
199
ANEXO B. Lenguaje Ladder
200
201
202
203
204
205
ANEXO C. Código HMI
A continuación se muestra todo el código generado para la manipulación de las variables
y el movimiento de la HMI
F6C6=319;
F4C2=OEE1;
F4C3 = OEE2;
F4C4 = OEE3;
F4C5 = OEE4;
F4C6 = OEE5;
F4C7 = OEE6;
F4C8 = OEE7;
F4C9 = OEE8;
F4C10 = OEE9;
F4C11 = OEE10;
IF Z > 0 THEN
ERRORVELOCIDAD=0;
IF CORRIDAS > 0 THEN
ERRORCORRIDA=0;
IF Galaxy:InControl.Tagname.ladderxi.AUX10 == 1 THEN