"IMPLEMENTACIÓN DE PLANTA PILOTO CON SISTEMA DE GESTION DE LAINFORMACION BASADO EN WONDERWARE SYSTEM PLATFORM”

GARCIA GUERRA, Juan Diego.

Escuela Profesional de Ingeniería IndustrialFacultad de Ingeniería y Arquitectura. Universidad de San

Martin de Porres – Perú juan_garcia6@usmp.pe

ORMEÑO TERREROS, Ricardo Joaquín

Escuela Profesional de Ingeniería IndustrialFacultad de Ingeniería y Arquitectura. Universidad de San

Martin de Porres – Perúricardo_ormeno@usmp.pe

Resumen - El presente proyecto logra la inclusión de lasherramientas informáticas de las TIC (Tecnologías delaInformación y Comunicación) aplicadas a los tópicos deAutomatización y Control de Procesos Industriales. Para ello sediseñó una planta piloto de un proceso industrial (a escala) paraincluir en él un Sistema SCADA y un Sistema de Gestión deInformación de la data proveniente del proceso mediante el uso deun software industrial, abarcando con ello cada uno de los nivelesde la pirámide de la automatización desde los conocimientosbásicos hasta el manejo de las herramientas de los nivelessuperiores de gestión y administración, potenciando con ello lashabilidades adquiridas por los estudiantes en los diversos cursos dela rama tecnológica de la automatización y control de procesosindustriales que llevan en su formación básica. La conclusión delproyecto ha permitido disponer de una herramienta customizable yescalable que le permita a los estudiantes mejorar sus capacidadestecnológicas y de gestión al estar en contacto con un procesoindustrial similar a los existentes en las industrias de nuestro país.

Palabras claves: SCADA – Automatización – PLC’s – IngenieríaIndustrial – Productividad –Sistema de información.

Abstract - This project achieved the inclusion of computer tools ofICT (Information and Communication) applied to the topics ofAutomation and Process Control. We designed a pilot plant of anindustrial process (to scale) to incorporating therein SCADA Systemand Information Management System for the data from the processby using an industrial software, thereby covering each of the levelsof the automation pyramid from basic skills to handle the tools ofthe higher levels of management and administration, therebyenhancing the skills acquired by students in the various courses ofthe branch automation technology and process control leadingindustrial in basic training. The conclusion of the project hasenabled a customizable and scalable tool that allows students toimprove their technology and management capacities to be in touchwith an industrial process similar to those in the industries of ourcountry.

Keywords: SCADA – Automation – Information System.

1. INTRODUCCION

Cada vez está más presente la necesidad de las empresas porapostar en tecnologías para automatizar su producción. El fines obtener una alta competitividad en el mercado, ya que sereducen tiempos de ciclo, se aumenta la flexibilidad, asícomo la calidad del producto y la seguridad en la fabricación.En la actualidad las empresas están bajo un entornocompetitivo constante, con el fin de lograr unposicionamiento y permanencia en el mercado; para ellorecurren a indicadores y métodos de mejora continua que

implementan a medida del avance de la tecnología para lamejora de procesos.

En el área Industrial se recurre a lo que llamamosAutomatización Industrial, la cual es una disciplina de laingeniería que hace referencia al uso de sistemas o elementoscomputarizados y electromecánicos para controlarmaquinarias y/o procesos industriales sustituyendo aoperadores humanos. Con el objetivo de incrementar lascompetencias de los futuros egresados de la EscuelaProfesional de Ingeniería Industrial de la USMP y deacercarlos más a una realidad industrial a la cual estaránexpuestos en su día a día profesional se llevó a cabo unsistema automatizado que controle un proceso productivopiloto y la gestión de la data del mismo, así pues, en esteproyecto se introducirán los aspectos teóricos necesarios paraser posteriormente implementados en un proceso real y elevarel know - how de los alumnos, implementando un sistemaSCADA en un proceso de automatización con fines de mejorade producción, reducción de tiempos ociosos, y otrosindicadores de mejora que requieren las empresas del rubro.

Dicho de esta manera y con lo descrito líneas arriba, lafinalidad que persigue este proyecto es la de proporcionar unaherramientas poderosa y útil para nuestra facultad paraaprovechar al máximo el potencial tecnológico que sedispone (software, hardware y capital humano) en aras deldesarrollo profesional de los alumnos de la escuela deIngeniería Industrial.

2. JUSTIFICACION

La propuesta de proyecto final de carrera busca dar unasolución a una carencia en la facultad, la baja cantidad deproyectos de automatización industrial y control de procesosindustriales. La implementación de este proyecto va a dejaruna herramienta de trabajo y estudio vital para poderaumentar nuestras capacidades como alumnos en temas tanvitales en la industria nacional como lo es la automatización.El prototipo de planta de mezclado de materias primas (2)contará con la última tecnología en cuanto a instrumentación,control y manejo de datos, es decir, al contar con un prototipofísico, se podrá experimentar in situ las diversas situacionesque presenta un proceso real y a la vez poder controlarlo enforma remota con la ayuda de un sistema SCADA integral, elcual también va a permitir realizar prácticas sobre el manejoy procesamiento de los datos del piso de planta y así aplicarherramientas que ayuden a visualizar y diagnosticar laeficiencia de un proceso industrial y a la vez se contará conuna versión simulada del procesos en un software que podráinteractuar con el sistema SCADA en forma similar alprototipo físico. Este proyecto finalmente busca agilizar lainiciativa a la investigación en temas referentes a la

automatización y control de procesos industriales paraincrementar las competencias de los egresados de nuestrafacultad.

3. MARCO TEORICO

3.1. Procesos a automatizar

Por proceso se entiende aquella parte del sistema en que, apartir de una entrada de material, energía e información, segenera una transformación sujeta a perturbaciones delentorno, dando lugar a una salida de material en forma deproducto. Los procesos industriales se dividen en procesoscontinuos, procesos discretos y procesos por lotes o batch. Eneste apartado se darán a conocer los dos tipos de proceso queintervienen en el proceso productivo de la planta piloto.(Dorantes, 2004).

3.2. Modelo de Automatización Piramidal

Es el modelo más difundido en el ambiente de produccióncontinua por la ISO (International Organization forStandardization), consta de cinco niveles que abarcan lasdiferentes funciones de una planta coordinada de manerajerárquica, cubriendo desde los aspectos de control de losprocesos físicos en su nivel más bajo, hasta los niveles dondese realizan las funciones corporativas de la planta. Cada nivelse caracteriza por un tipo de información y de procesamientodiferente, siendo necesaria la integración del procesoautomatizado para incluir la comunicación interna en cadanivel, y entre niveles, con el fin de lograr sistemas quepermitan ejecutar las diferentes tareas de control existentes enuna empresa. La Pirámide de Automatización Industrialrelaciona en forma explícita la parte de control y operaciónindustrial en los niveles 1, 2 y 3 y la parte de producción enlos niveles 4 y 5. (Ogata, 2003)

3.3. Comunicaciones Industriales: PROFINET

Es el estándar Ethernet abierto que cumple la especificaciónIEC 61158 (Comunicación digital de datos para la medición ycontrol - Bus de campo para su uso en Sistemas de ControlIndustrial) para la automatización industrial. PROFINETpermite conectar equipos desde el nivel del campo (PLC's yotros dispositivos) hasta el nivel de gestión (sistemasinformáticos e internet). PROFINET permite unacomunicación homogénea con la ingeniería cubriendo toda laplanta industrial y de gestión apoyando las tecnologías de lainformación hasta el nivel del campo. (Rodriguez, 2008).

3.4. Sistemas SCADA (Supervisory Control And Data

Acquisition)

Los sistemas SCADA proveen de una perspectiva integradade todos los recursos de control e información de la planta.De esta manera, los ingenieros, supervisores, u operadorespueden visualizar e interactuar con los procesos medianterepresentaciones gráficas de los mismos. Además, provee detoda la información que se genera en el proceso productivo adiversos usuarios, tanto del mismo nivel como de otrossectores dentro de la empresa: control de calidad,supervisión, mantenimiento, etc., en un marco de modelo deautomatización piramidal. (Rodríguez, 2012)

3.5. Tecnología Wonderware

3.5.1. Tecnología ArchestrA

ArchestrA es una arquitectura de software de información yautomatización diseñada para integrar y extender la vida delos sistemas heredados, aprovechando las tecnologías desoftware y los estándares abiertos más avanzados de laindustria. ArchestrA ha ‘industrializado’ a Microsoft .NET yotras tecnologías de Microsoft con el fin de suministrar unconjunto de herramientas aún más productivas para construirsoluciones de software de gestión de operaciones críticas paralas operaciones industriales, de producción y de instalaciones.(Invensys Inc., 2008)

3.5.2. Wonderware System Platform

Wonderware System Platform ofrece una plataforma única yescalable para todas las necesidades de información yautomatización industrial relacionadas con soluciones deSoftware SCADA, HMI de Supervisión, MES y EMI. En elcentro de la Wonderware System Platform se encuentra el"modelo de la planta", que es la representación lógica de losprocesos físicos que están siendo controlados y supervisados.La tecnología de objetos ArchestrA hace que laconfiguración, el registro de datos, la entrega y elmantenimiento de información histórica y en tiempo real seantan sencillos como apuntar y hacer clic. (Invensys Inc., 2008)

4. PROPUESTA DE SOLUCIÓN

La propuesta de este proyecto se basa en contar con unainstalación industrial real a escala (planta piloto) la cual va apermitir trabajar un proceso industrial típico existente en lamayoria de plantas industriales, la etapa de dicho proceso aimplementar es el mezclado de las materias primas para surespectiva homogeneización y posterior despacho comosubproducto o producto final según sea el requerimiento deplanta. Luego de ello y al tener un sistema estable, seprocederá a la inclusión de un sistema SCADA con ayuda dela tecnología Wonderware System Platform, la cual noshabilitará de herramientas para el manejo de la data adquiridadel nivel de planta y así poder colaborar con laautomatización en la elaboración de reportes de producción,indicadores y toma de decisiones en tiempo real respecto alproceso productivo analizado.

5. DESARROLLO DEL PROYECTO5.1.Distribución de Servidores y Clientes en la Sala de

Control

5.2.Desarrollo de HMI

Pantalla de Control de Usuarios al sistema, aquí es donde seda los niveles de seguridad para el acceso al sistema SCADA.

Fig. 1. Propuesta Implementada. Fuente: Elaboración Propia.

Fig. 3. Pantalla de Logueo. Fuente: InTouch 2012.

Fig. 2. Distribución de Sala de Control. Fuente: Elaboración Propia.

Pantalla Overview, la cual nos da una vista general de laplanta piloto.

Pantalla Suministro, aquí se ve en detalle los equipos ycomponentes del ingreso de materias primas al proceso.

Pantalla Proceso, aquí se detalla cómo es que se procesan lasmaterias primas y se monitorea en tiempo real las variablesdel proceso como temperatura y nivel.

Pantalla Descarga, aquí es donde se detallan los equipos yestado del producto terminado.

Pantalla Alarmas, en esta pantalla se mantiene unasupervisión constante de los eventos y alarmas que sesusciten a lo largo de la producción.

Pantalla Histórico, se observa el comportamiento histórico delas variables temperatura y nivel:

Fig. 7. Pantalla de Descarga. Fuente: InTouch 2012.Fig. 4. Pantalla Overview. Fuente: InTouch 2012.

Fig. 8. Pantalla de Alarmas. Fuente: InTouch 2012.Fig. 5. Pantalla de Suministro. Fuente: InTouch 2012.

Fig. 9. Pantalla de Históricos. Fuente: InTouch 2012.Fig. 6. Pantalla de Proceso de Mezclado. Fuente: InTouch 2012.

Pantalla Receta, aquí en donde se configuran todos losparámetros necesarios para lanzar una producción en batch.Se ingresan parámetros como tipo de receta, setpoint detemperatura, parámetros SPC, cantidad de batch.

Pantalla SPC, contiene los datos más importantes del controlestadístico de procesos como sus límites de control yespecificación además de botones de navegación paragráficas.

Pantalla SPC para la Gráfica de Control X – R.

Pantalla SPC de Grafico de Pareto.

Pantalla SPC de Grafico de Histograma.

6. Resultados6.1.Capacidades Potenciadas con la Ejecución del

Proyecto.

Como se pudo apreciar en el gráfico anterior, lo que se buscaen este proyecto es la concepción de una planta piloto quecuente con la tecnología esencial que se usa en la industriaactual. Este proyecto es una inmejorable oportunidad de quelos alumnos apliquen los diversos conocimientos adquiridos alo largo de su estancia en la universidad y de esta maneraestén preparados para poder emular a escala estas actividadesen su vida profesional.

Teniendo en cuenta la propuesta de solución se evaluarán losconocimientos que el alumno alcanzará a nivel teórico ypráctico para el desarrollo de sus capacidades en laautomatización y control de procesos industriales en funciónde los niveles de la pirámide de la automatización y podráaplicarlos en los cursos de formación que lleva en launiversidad.

Fig. 13. Diagrama de Pareto. Fuente: InTouch 2012.

Fig. 10. Pantalla Recetas. Fuente: InTouch 2012.

Fig. 14. Histograma. Fuente: InTouch 2012.

Fig. 11. Pantalla SPC. Fuente: InTouch 2012.

Fig. 12. Carta de Control X - R. Fuente: InTouch 2012.

1er. Nivel de la Pirámide: Nivel de Conocimiento

Primer nivel de la pirámide de automatización en el abarca elconocimiento de tecnologías y cursos básicos en términosgenerales.

Tabla 1. Capacidades adquiridas por curso en el 1er. Nivel de lapirámide de automatización.

Comentario: El alumno adquirirá conocimientos básicossobre las diversas tecnologías usadas en la industria así comoel manejo de software para el correcto diseño y elaboraciónde planos y las herramienta necesarias contar con un ampliopanorama de opciones en el desarrollo de un proyecto deautomatización y control de procesos, dichos conocimientosbásicos proporcionarán una base sólida para el desarrollo decapacidades tales como: El anticipo de posibles respuestasmediante al cálculo matemático, una correcta representaciónde los diseños mediante software de ingeniería y unaadecuada distribución de planta según los requerimientos quese dispongan.

2do. Nivel de la Pirámide: Nivel de Proceso

Segundo nivel de la pirámide de automatización el cualabarca todo equipo en planta relacionado directamente con elproceso que se quiere realizar.

Tabla 2. Capacidades adquiridas por curso en el 2do. Nivel de lapirámide de automatización.

Curso Capacidades AdquiridasInstrumenta

ciónIndustrial

Reconocimiento de los sensores digitales y analógicos.Conocimiento de las normas (ISO DIN, ISA, etc.) para la elaboración de planos P&ID.Circuitos de control-mando neumáticos y electro-neumáticos.

Ingenieríade Procesos

Reconocimiento de actuadores que intervienen enun proceso industrial.

IngenieríaEléctrica

Circuitos eléctricos y lectura de planos.

Comentario: El alumno adquirirá conocimientos sobresensórica industrial, actuadores y todo hardware que se usacomúnmente en las industrias de nuestro país para estructurarun proceso automatizado, así mismo lograra poder elaborar einterpretar planos P&ID (Pipe and Instrument Design)mediante el uso de la norma ISA s5.1, todos estosconocimientos le servirán de base para la adquisición decapacidades de vital importancia en la automatización y

control de procesos industriales, competencias que lasindustrias de nuestro país requieren y demandan, tales comodiscernir que instrumentación es la más adecuada para undeterminado proceso, que tipo de actuadores, lectura einterpretación correcta de planos P&ID lo cual es un cimientoimportante para poder entender en su totalidad elfuncionamiento y alcance de un proceso.

3er. Nivel de la Pirámide: Nivel de Control

Tercer nivel de la pirámide de automatización el cual abarca

equipos de control (PLC), protocolos de comunicación (busesde campo) en el proceso que se quiere realizar.

Tabla 3. Capacidades adquiridas por curso en el 3er. Nivel Pirámidede automatización.

Comentario: El alumno adquirirá conocimientoteórico-práctico de la conexión de las señales de campo(instrumentación) hacia los equipos de control (PLC)mediante señales estándares, programación de equipos PLC,protocolos de comunicación PLC-PC, dichos conocimientosservirán como base para el desarrollo de capacidades talescomo: Una adecuada interpretación del proceso a programarlo cual le permitirá tener un nivel cada vez más competitivoen la programación de equipos PLC, escoger el adecuadoprotocolo de comunicación para los diversos equipos PLC enel mercado, discernir entre señales de campo

Curso CapacidadesAdquiridas

FísicaManejo de modelos matemáticos que ayuden a predecir sucesos futuros.

Diseño Industrial por Computador

Manejo de software de ingeniería (AutoCAD- Inventor).

Mecánica Aplicada Selección de materiales y

sus dimensiones para el diseño.Resistencia de

Materiales Ingeniería de Métodos

Disposición de planta.

Curso CapacidadesAdquiridas

Automatización Industrial

Reconocimiento de los sensores digitalesy analógicos.Programación de equipos PLC a nivel básico e intermedio.Conocimiento sobre protocolos de comunicación y redesindustriales.

discretas/analógicas y así poder customizar un procesoindustrial a los requerimiento que se necesiten.

4to. Nivel de la Pirámide: Nivel de Visualización

Cuarto nivel de la pirámide de automatización el cual abarcasistemas de control, supervisión y adquisición de datos(SCADA), interfaces de comunicación (Profinet y Profibus),protocolos de comunicación OPC (Ole for Process Control,tecnología de Microsoft) en el proceso que se quiere realizar.

Tabla 4. Capacidades adquiridas por curso en el 4to. Nivel de la

pirámide de automatización.

Comentario: El alumno adquirirá conocimientoteórico-práctico sobre la conexión de los dispositivos deplanta mediante interface Profinet (hardware) a los sistemasSCADA por medio del protocolo OPC (software), diseño depantallas de SCADA en una plataforma única de adquisiciónde datos mediante un software industrial, conocimientosespecíficos que servirán para el desarrollo de capacidadestales como: Escoger la interface más adecuada para laconexión PLC – PC, involucrar las TIC’s a los procesosindustriales, adecuada comunicación PLC-SCADA.

5to. Nivel de la Pirámide: Nivel de Administración.

Quinto nivel de la pirámide de automatización el cual constade 2 etapas las cuales permitirán la aplicación deherramientas de mejora continúan en base a una adecuadagestión de la información en la industria en general.

Tabla 5. Capacidades adquiridas por curso en el 5to. Nivel de lapirámide de automatización.

Comentario: Este nivel consta de 2 partes la primera referidaa sistemas de gestión de la información como los sistemasMES (Manufacturing Execution System) los cuales recabaninformación del nivel de visualización para poder analizarla,la segunda parte está referida a herramientas de gestión talescomo ERP y mejora continua aplicando 5S, Poka Yoke, BSC,etc. En el primera etapa es necesario los conocimientosteóricos adquiridos por parte del alumno en los cursos deMantenimiento Industrial y Control de Calidad son de vitalimportancia para el conocimiento del estado actual delproceso productivo y así poder tomar una decisión concretasobre este. El software industrial (Wonderware SystemPlatform) que se utiliza en el control del proceso y gestión dela información de los mismos requiere gran parte de estosconocimientos adquiridos de los cursos mencionados parauna correcta elaboración e interpretación de indicadores deeficiencia del proceso productivo y de los equipos a través dereportes de producción estandarizados que nos permitirándecidir sobre la planeación y control de la producción, elseguimiento de los inventarios de la materias primas yproducción alcanzada en el proceso, la capacidad del mismoy una correcta trazabilidad para la detección de anomalías enel trabajo que repercute directamente en el funcionamiento dela planta.

7. COSTOS DEL PROYECTO

Se cuenta con la siguiente estructura en la inversión delpresente proyecto:

Resumen:

Tabla 6: Resumen de Costos de Proyecto. Fuente: Elaboración.

Etiquetas de fila Suma de Sub Total

Sensórica S/. 1,056.00

Actuadores S/. 809.70

Estructura S/. 1,443.24

Tablero de Control S/. 2,067.65

Mano de obra S/. 12,000.00

Otros S/. 356.90

Total general S/. 17,733.49

8. CONCLUSIONES

Curso Capacidades Adquiridas

Simulación y Control deProcesos industriales

Reconocimiento de controladores PID.Simulación de procesos customizados.Diseño de pantallas SCADA a partir de una simulación o un proceso real.

Automatización Industrial

Reconocimiento de las interfaces de comunicación Profinet.Conocimiento del protocolo de comunicación OPC.Diseño de pantallas SCADA a partir de una simulación o un proceso real.

Curso Capacidades Adquiridas

Mantenimiento Industrial

Manejo de indicadores OEE de los equipos de proceso como ayuda a una planificación del mantenimiento.

Control de Calidad

Manejo de graficas de control para los producto y variables del proceso.Manejo de la capacidad del proceso (Cp. y Cpk).

Fig. 15. Distribución Porcentual de los Costos. Fuente: Elab. Propia.

• Se ha logrado implementar de manera adecuada el

prototipo de planta piloto en las instalaciones de la FIAUSMP, siendo las instalaciones del laboratorio deautomatización industrial el lugar que ha sidoacondicionado como “Sala de Control de ProcesosSCADA”.

• La tecnología utilizada en el presente proyecto, tanto en

software como en hardware, ha sido implementada demanera satisfactoria y con carácter escalable, esto le dala capacidad de poder incrementar la potencialidad delsistema y del prototipo en cualquier momento debido asu flexibilidad tecnológica que ofrecen Siemens yWonderware.

• Se ha logrado utilizar toda la capacidad en cuanto a

comunicaciones industriales que ofrece la Sala deControl de Procesos SCADA (Laboratorio deAutomatización Industrial), ello implica una correctafluidez de los datos del proceso a través de laarquitectura de control desplegada en el presenteproyecto y que es uno de los pilares del sistemadesarrollado.

• La implementación tal como se ha venido dando ha

contribuido enormemente en el conocimiento yexperiencia de manejo de estas tecnologías a losalumnos gestores del proyecto. El manejo integral de laplanificación, logística, contingencias, desarrollo ypuesta en marcha contribuyen enormemente a que elknow – how de los alumnos ejecutores se incremente yle sirva para insertarse con éxito en empresas donde semaneje este tipo de soluciones tecnológicas.

9. BIBLIOGRAFIA

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