Ingeniería Electrónica · 2007
Sistema de gestión para un prototipo de sistema scada en el laboratorio de instrumentación de la e3t
En este documento se presenta el desarrollo de una primera versión de un sistema de gestión para un prototipo de supervisión y adquisición de datos, para la presión, el flujo de gases y el nivel de líquidos que satisface, como herramienta pedagógica, las necesidades actuales del laboratorio de Instrumentación de la E3T, siendo a su vez compatible con el sistema de instrumentación existente en el mismo. Inicialmente, se hace un marco teórico sobre el concepto de SCADA, sus objetivos, características, niveles de organización y ventajas, relacionándolo con el concepto de sistema de gestión. Asimismo, se hace una descripción física del laboratorio; la solución propuesta se divide en módulos estratégicos, ubicando cada uno dentro de la estructura general junto con sus interrelaciones, haciendo énfasis especial en los aspectos que respaldan la escalabilidad del sistema. Se detalla el modelado matemático de cada uno de los fenómenos físicos que intervienen en el mismo, los datos tomados para su definición, su correspondiente análisis y se propone su relación matemática. Se plantean los puntos importantes a tener en cuenta en el diseño del sistema de adquisición. Se construyeron diagramas de flujo, que describen rutinas para la supervisión (local o remota) y para Realidad Virtual (RV). También se describe la integración de estos diagramas con los modelos matemáticos en las herramientas de software, definiendo las características y la configuración de red, necesarias para la comunicación remota y la visualización en RV. Se describen algunas características del modelo desarrollado para RV, la forma como se interconectaron los distintos bloques para la visualización y simulación; se conceptualiza la interacción entre el usuario y el sistema. Finalmente, se generan conclusiones y observaciones que sintetizan el trabajo realizado, así como recomendaciones para el correcto funcionamiento del sistema por parte del usuario y sugerencias para un eventual acondicionamiento de nuevos dispositivos.
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Contenido
- INTRODUCCIONp. 14
- CONCEPTOS PRELIMINARESp. 17
- INTRODUCCIÓN A LOS SISTEMAS SCADAp. 17
- Objetivos de los sistemas SCADAp. 17
- Características generalesp. 18
- Nivelesp. 18
- Ventajasp. 19
- SISTEMA DE GESTIÓN (SG)p. 19
- Sistema de transmisión de gasp. 21
- Sistema de medición de nivelp. 24
- SOLUCIÓN PLANTEADAp. 25
- Sistema de instrumentaciónp. 25
- Sistema de Adquisiciónp. 25
- FASES DE DESARROLLOp. 29
- ADQUISICIÓNp. 29
- DESARROLLO DEL SISTEMA DE GESTIÓNp. 31
- PRUEBAS Y DISEÑO DEFINITIVOp. 31
- MODELO FUNCIONAL GENERAL DEL SISTEMA DE GESTIONp. 33
- COMUNICACIÓN SERIALp. 34
- Estructura de la comunicaciónp. 35
- Conversión decimal:p. 35
- Ponderación:p. 35
- MÓDULO DE MODELADO MATEMÁTICO Y LÓGICA DE SUPERVISIÓNp. 36
- Valores predeterminados:p. 37
- Modelado matemáticop. 37
- Lógica de supervisiónp. 38
- COMUNICACIÓN TCP/IPp. 34
- INTERFAZ GRÁFICA DE USUARIO (GUI)p. 40
- Constantes de configuraciónp. 40
- Variables de procesop. 41
- Pantallap. 41
- Rutinas de usuariop. 41
- Indicadoresp. 41
- ESCALABILIDAD DEL SISTEMA DE GESTIÓNp. 41
- Estructura modularp. 42
- Comunicación Serial (Sistema de Adquisición – Sistema de Gestión)p. 42
- Acceso a los datosp. 42
- Programación de realidad virtualp. 43
- MODELADO MATEMÁTICOp. 37
- MODELO DE LA TUBERÍA DE TRANSMISIÓN DE GASESp. 44
- Características básicas de los medidores de platina de orificiop. 44
- Toma de datosp. 48
- Análisis y definición del modelop. 49
- MODELO DE TANQUE DE NIVEL DE LIQUIDOp. 50
- Modelo matemático Presión – Nivelp. 50
- Toma de datosp. 48
- Análisis de datos y modelo finalp. 52
- MODELOS UTILIZADOS PARA SIMULACIÓN EN REALIDAD VIRTUALp. 53
- Modelo matemático Nivel – tiempo de descargap. 53
- Modelo matemático nivel – tiempo de cargap. 55
- DATOSp. 57
- CAPTACIÓN DE LA SEÑALp. 58
- ACONDICIONAMIENTOp. 26
- CONVERSIÓN A/Dp. 57
- TRANSMISIÓN – RECEPCIÓNp. 59
- ALGORITMO DE SUPERVISIONp. 60
- SUPERVISIÓN DEL OPERADOR LOCALp. 60
- Descripción de entradas y salidasp. 60
- Diagrama de flujop. 63
- LÓGICA DE SUPERVISIÓN PARA EL OPERADOR REMOTOp. 66
- Descripción de entradas y salidasp. 60
- Diagrama de flujop. 63
- MODELO DE SUPERVISIÓN EN REALIDAD VIRTUALp. 70
- SUPERVISIÓNp. 32
- SELECCIÓN DEL SOFTWAREp. 74
- DE SUPERVISIÓN EN LABVIEW 7.0p. 76
- Modelos matemáticosp. 76
- Supervisión de presión absoluta y nivelp. 77
- Opciones de mandop. 77
- Rutina de comunicación TCP/IPp. 77
- Generación De Historialesp. 78
- DE SUPERVISIÓN EN SIMULINK DE MATLAB 6.5p. 79
- LA HERRAMIENTA DE REALIDAD VIRTUALp. 82
- INTRODUCCIÓN AL PROTOCOLOp. 82
- vía TCP/IPp. 83
- IMPLEMENTACIÓN DE TCP/IP EN SIMULINK DE MATLABp. 87
- DESCRIPCION DEL ENTORNO DE REALIDAD VIRTUALp. 88
- PRUEBAS REALIZADASp. 93
- PRUEBAS DE CONECTIVIDAD TCP/IP:p. 93
- PRUEBAS DE CONECTIVIDAD DEL PUERTO SERIALp. 93
- OBSERVACIONES, CONCLUSIONESp. 95
- CONCLUSIONESp. 95
- OBSERVACIONESp. 96
- RECOMENDACIONESp. 99
- PARA LOS OPERADORES LOCALES Y REMOTOSp. 99
- PARA LA HERRAMIENTA DE REALIDAD VIRTUALp. 82
- PARA ACTUALIZACIONES, MEJORAS Y PROYECTOS FUTUROSp. 99
- BIBLIOGRAFÍAp. 101
- NIVEL EN LÍQUIDOS EN EL ÁMBITO INDUSTRIALp. 104
- CAUDALp. 104
- Definiciónp. 104
- Importancia de la medición de caudalp. 104
- Tipos de medición de caudalp. 105
- volumétrico a partir de una diferencia de presiónp. 107
- NIVEL DE LÍQUIDOSp. 114
- Definiciónp. 104
- Importancia de la medición de nivelp. 114
- Tipos de medición de caudalp. 105
- Leyes físicas que rigen la medición de nivel de líquidosp. 116
- FIGURA 1: TUBERÍA PARA LA MEDICIÓN DE FLUJO DE GASES. FUENTE: AUTORESp. 20
- FIGURA 2: TANQUE DE AGUA. FUENTE: AUTORESp. 21
- FIGURA 4. TRANSMISOR INTELIGENTE DE PRESIÓN. FUENTE: AUTORESp. 22
- FIGURA 5. MEDIDOR DE PRESIÓN ABSOLUTA. FUENTE: AUTORESp. 23
- FIGURA 6. SWITCH ON/OFF DE PRESIÓN. FUENTE: AUTORESp. 23
- FIGURA 7. VÁLVULA SOLENOIDE DE TRES VÍAS. FUENTE: AUTORESp. 24
- FIGURA 8. MEDIDOR INTELIGENTE DE PRESIÓN DIFERENCIAL. FUENTE: AUTORESp. 24
- FIGURA 9. VÁLVULA DE LLENADO. FUENTE: AUTORESp. 25
- FUENTE: AUTORESp. 29
- FIGURA 11. SECUENCIA DE LAS SEÑALES. FUENTE: HENRY ANTONIO MENDIBURU DÍAZp. 26
- FIGURA 12. MANTENIMIENTO DEL SISTEMA DE INSTRUMENTACIÓNp. 30
- FIGURA 13. MÓDULO DE COMUNICACIÓN SERIAL. FUENTE: AUTORESp. 34
- FIGURA 14. MÓDULO DE MODELADO Y LÓGICA. FUENTE: AUTORESp. 37
- FIGURA 15. ESTRUCTURA DE LOS MODELOS MATEMÁTICOS. FUENTE: AUTORESp. 38
- FIGURA 16. ESQUEMA GENERAL DE COMUNICACIÓN TCP/IP. FUENTE: AUTORESp. 39
- FIGURA 17. MÓDULO GUI. FUENTE: AUTORESp. 40
- FIGURA 18. CONEXIÓN ELÉCTRICA DEL TRANSMISOR DIFERENCIAL. FUENTE: AUTORESp. 49
- FIGURA 19. REGRESIÓN LINEAL CURVA H-V. FUENTE: AUTORESp. 52
- FIGURA 20. REGRESIÓN CUADRÁTICA DATOS DE DESCARGA. FUENTE: AUTORESp. 55
- FIGURA 21. REGRESIÓN LINEAL DATOS DE DESCARGA. FUENTE: AUTORESp. 56
- FIGURA 23. LÓGICA DE SUPERVISIÓN EN LABVIEW 7.0. FUENTE: AUTORESp. 77
- FIGURA 24. GENERACIÓN DE HISTORIALES EN LABVIEW. FUENTE: AUTORESp. 78
- AUTORESp. 32
- FIGURA 26. BLOQUE FINAL DEL CALCULO DEL FLUJO. FUENTE: AUTORESp. 80
- FIGURA 27. BLOQUES FINALES COMPLEMENTARIOS. FUENTE: AUTORESp. 80
- FIGURA 28. BLOQUES DE SINCRONIZACIÓN DEL TIEMPO REAL. FUENTE: AUTORESp. 81
- REDBOOKp. 84
- LABVIEW. FUENTE: AUTORESp. 84
- FIGURA 31. TRANSFERENCIA DE DATOS PRINCIPAL – RECEPCIÓN. FUENTE: AUTORESp. 86
- FIGURA 32. TRANSFERENCIA DE DATOS RECEPCIÓN – PRINCIPAL. FUENTE: AUTORESp. 86
- VIRTUALp. 26
- FIGURA 34. CÓDIGO DE COMUNICACIÓN TCP/IP Y TIEMPO REAL. FUENTE: AUTORESp. 88
- FIGURA 35. DIAGRAMA GENERAL DE SIMULACIÓN SOBRE MATLAB. FUENTE: AUTORESp. 89
- FIGURA 36. DIAGRAMA GENERAL DE VISUALIZACIÓN SOBRE MATLAB. FUENTE: AUTORESp. 89
- AUTORESp. 32
- AUTORESp. 32
- AUTORESp. 32
- FIGURA 41 CONFIGURACIÓN Y CONFIGURACIÓN DEL PUNTO DE RED. FUENTE: AUTORESp. 93
- FIGURA 42. PRUEBA DE COMUNICACIÓN SERIAL CON UN PROTOTIPO. FUENTE: AUTORESp. 94
- PRESIÓN. FUENTE: ANTONIO CREUSp. 107
- ORIFICIO. FUENTE: ANTONIO CREUSp. 108
- PLATE SEALING UNITS. DANIEL ®-EMERSON TMp. 113
- FIGURA 46 ANEXO TIPOS DE PLATINAS DE ORIFICIO. FUENTE: MANUAL ECOPETROLp. 113
- FUENTE: AUTORESp. 29
- ESQUEMA 3. ESCALABILIDAD DE LA COMUNICACIÓN SERIAL. FUENTE: AUTORESp. 42
- ESQUEMA 4. ESCALABILIDAD POR ACCESO A LOS DATOS. FUENTE: AUTORESp. 43
- ESQUEMA 5. PROCESO DE ADQUISICIÓN DE DATOS. FUENTE: AUTORESp. 58
- AUTORESp. 32
- FUENTE: AUTORESp. 29
- DE NIVEL. FUENTE: AUTORESp. 72
- DE FLUJO. FUENTE: AUTORESp. 73
- IBM REDBOOKp. 84
- ALEJANDROp. 105
- ESQUEMA 12 ANEXO CONTINUACIÓN DEL ESQUEMA 11 FUENTE AMAYA J .ALEJANDROp. 106
- ESQUEMA 13 ANEXO CONTINUACIÓN DEL ESQUEMA 11 FUENTE AMAYA J .ALEJANDROp. 107
- PALACIOp. 115
- PROPUESTA. FUENTE: AUTORESp. 29
- TABLA 2. DATAGRAMAS DE LA COMUNICACIÓN SERIAL. FUENTE: AUTORESp. 36
- TABLA 3. DATOS DE CARGA Y DESCARGA DEL TANQUE H-V. FUENTE: AUTORESp. 52
- TABLA 4. ANÁLISIS DE LOS DATOS H-V. FUENTE: AUTORESp. 52
- TABLA 5. DATOS DE DESCARGA H-T. FUENTE: AUTORESp. 54
- TABLA 6. DATOS DE CARGA H-T. FUENTE: AUTORESp. 56
- TABLA 7. VALORES PREDETERMINADOS. FUENTE: AUTORESp. 60
- TABLA 8. VARIABLES DE CONFIGURACIÓN. FUENTE: AUTORESp. 60
- TABLA 9. VARIABLES DE PROCESO. FUENTE: AUTORESp. 61
- TABLA 11. VARIABLES DE PROCESO PARA EL OPERADOR REMOTO. FUENTE: AUTORESp. 67
- AUTORESp. 32
- CARLOS MORAp. 76
- TABLA 15 RESUMEN DE LAS PRUEBAS REALIZADAS POR TCP/IP. FUENTE: AUTORESp. 93
- TABLA 16. RESUMEN DE LAS PRUEBAS REALIZADAS POR RS-232. FUENTE: AUTORESp. 94