scada unitronics

Universidad de Costa Rica Facultad de Ingeniera

Escuela de Ingeniera Elctrica

IE 0502 Proyecto Elctrico

Interfaz Humano-Mquina para la familia de PLCs Unitronics.

Por: Alexnder Barrantes Muoz

Diciembre del 2004

IE-0502 Interfaz Humano-Mquina para la familia de PLCs Unitronics.

Diciembre del 2004

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Interfaz Humano-Mquina para la familia de PLCs Unitronics.

Por: Alexnder Barrantes Muoz

Sometido a la Escuela de Ingeniera Elctrica de la Facultad de Ingeniera

de la Universidad de Costa Rica como requisito parcial para optar por el grado de:

BACHILLER EN INGENIERA ELCTRICA

Aprobado por el Tribunal:

___________________ M.Sc. Geovanny Delgado Cascante

Profesor Gua

___________________ __________________ Ing. Roberto Rodrguez Rodrguez Dr. Jorge Arturo Romero Chacn

Profesor Lector Profesor Lector


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DEDICATORIA

A mi mam por estar siempre incondicional, cuando la ocup, por brindarme la oportunidad de estudiar y porque

su muerte no culmin con su deseo, el hacerme una persona de bien. A mis hermanas por ayudarme en mi carrera,

por ser mi admiracin y modelo a seguir. A Ftima por estar siempre a mi lado,

y por dar de s misma algo que no tiene valor, amor. A mis amigos por hacerme sentir especial.


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RECONOCIMIENTOS

Carlos Manuel Calvo Muoz Por su constante ayuda en este proyecto

A mis Profesores Por compartir con tanto gusto su

experiencia y conocimiento


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NDICE GENERAL

NDICE DE FIGURAS......................................................................................... vii NDICE DE TABLAS..........................................................................................viii NOMENCLATURA............................................................................................... ix LSTA DE MARCAS REGISTRADAS ................................................................ xi RESUMEN............................................................................................................. xii CAPTULO 1: Introduccin .................................................................................. 1 1.1 Objetivo General..............................................................................................................2

1.1.1 Objetivos especficos .............................................................................................. 2 1.2 Metodologa .....................................................................................................................2 CAPTULO 2: Generalidades de una Aplicacin HMI ...................................... 5 2.1 Generalidades de un PLC. .........................................................................................................5

2.1.1 Concepto ........................................................................................................................ 5 2.1.2 Funciones ....................................................................................................................... 6 Las funciones bsicas que posee un PLC comn son:............................................................ 6 2.1.3 Componentes ................................................................................................................ 7 2.1.4 Aplicaciones.................................................................................................................. 9 2.1.5 Fortalezas y Debilidades............................................................................................... 9

2.2 Generalidades de los Sistemas SCADA. .................................................................................10 2.2.1 Concepto ...................................................................................................................... 10 2.2.2 Funciones de un Sistema SCADA............................................................................... 12 2.2.3 Elementos necesarios para un sistema SCADA .......................................................... 12

2.3 Protocolos de Comunicacin ...................................................................................................13 2.3.1 Concepto ...................................................................................................................... 13 2.3.2 Protocolo DDE............................................................................................................. 14

2.4 Enlaces OLE para Windows ....................................................................................................17 2.5 Generalidades de un Servidor OPC .........................................................................................19 2.6 Compilador Grfico Delphi. ....................................................................................................23 CAPTULO 3: Desarrollo de una Interfaz HMI ............................................... 25 3.1 Breve resea de la compaa Unitronics..................................................................................25

3.1.1 Misin .......................................................................................................................... 26 3.1.2 Historia de sus productos............................................................................................. 26


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3.1.3 Breve Organigrama de la compaa............................................................................. 27 3.1.4 Puntos Claves............................................................................................................... 27 3.1.5 Productos ..................................................................................................................... 27

3.2 La familia de productos de Unitronics.....................................................................................28 3.2.1 Caractersticas generales de los productos................................................................... 29 3.2.1.1 El modo de informacin ........................................................................................... 30 3.2.1.2 La estructura de memoria de la serie M90 ................................................................ 30 3.2.1.3 Variables ................................................................................................................... 31 3.2.1.4 Comunicacin ........................................................................................................... 32 Puerto Serial.......................................................................................................................... 32

3.3 Caractersticas Generales del M90 OPLC............................................................................33 3.3.1 Tipos de datos del sistema ........................................................................................... 35 3.3.2 Especificaciones Tcnicas ........................................................................................... 37 3.3.3 Acceso de datos ........................................................................................................... 39 3.3.3.1 Nombre de los tems ................................................................................................. 40

3.4 Desarrollo del programa SCADA para la interfaz HMI ..........................................................46 CAPTULO 4: Conclusiones y Recomendaciones ............................................. 50 4.1 Conclusiones............................................................................................................................50 4.2 Recomendaciones ....................................................................................................................51 BIBLIOGRAFA................................................................................................... 52 ANEXOS ................................................................................................................ 53


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NDICE DE FIGURAS

Figura N2.1 Funcionamiento e Interfaces de OPC ................................................................. 21

Figura N2.2 Modelo de Objetos del Servidor de Automatizacin OPC ................................. 21

Figura N3.1 Organigrama de la Co. Unitronics ...................................................................... 27

Figura N3.2 Familia de PLCs de Unitronics ........................................................................... 29

Figura N3.3 Conectando la PC con un Controlador................................................................ 34

Figura N3.4 PLC M90 ............................................................................................................. 39 Figura N3.5 Pantalla de Conexin de UniScada ..................................................................... 49

Figura N3.6 Pantalla de Conexin de UniHMI....................................................................... 49


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NDICE DE TABLAS

Tabla 2.1 Descripcin de la coleccin de objetos de la especificacin OPC ........................... 22

Tabla 3.1 Descripcin de registros internos del M90 ............................................................... 33

Tabla 3.2 Distribucin de pines del puerto RS232 ................................................................... 33

Tabla 3.3 Descripcin de conexin para el puerto CANbus.................................................... 34

Tabla 3.4 Categoras de informacin que se pueden alcanzar en el modo de Informacin...... 35

Tabla 3.5 La funcin de los bits del sistema............................................................................. 36

Tabla 3.6 Funciones de Bits del Sistema del teclado................................................................ 36

Tabla 3.7 Funciones de los Enteros del Sistema....................................................................... 37

Tabla 3.10 Descripcin de los tipos de tems del M90............................................................. 41


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NOMENCLATURA ActiveX Tecnologa de Acceso a Datos

ADO Objetos de Base de Datos ActiveX

Baud rate Tasa de transmisin de datos en bps

BDE Motor de Base de Datos de Borland

CCFL Lmpara fluorescente

COM Modelo Componente del Objeto

CORBA Arquitectura Comn del Corredor de la Peticin del Objeto

CPU Unidad Central de Proceso

DCOM Distribucin COM

DDE Protocolo de Intercambio de datos dinmico

DLL Librera de Enlace Dinmico

DSR Entrada Datos preparados, listo para iniciar dilogo

DTR Patilla de terminal de listo datos del puerto RS232

HMI Interfaz Humano-Mquina

ID Identificacin

NetDDE Red de DDE

Ladder Programa de configuracin de PLCs en lenguaje escalera

LCD Pantalla de cristal lquido

OCX Librera de programacin

OLE Enlace e inclusin de objetos

OPC OLE para Control de Procesos

OPLC Serie de PLCs Unitronics

PC Computadora Personal

Pcom Protocolo propietario de Unitronics

PID Proporcional Integral Derivativo

PLC Controlador Lgico Programable

PWM Modulacin de Anchura de Pulso


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x

QVGA Clase de tecnologa

RAD Desarrollo Rpido de Aplicaciones

RAM Memoria de acceso lectura

RxD Patilla de recepcin de datos del puerto RS232

RS232 Puerto Serial de la PC

RJ-11 Cable para conexin del mdem a la base de la red telefnica

SCADA Supervisor de Control y Adquisicin de Datos

STL Librera estndar de plantillas

Tag Conjunto de caracteres que se aade a un elemento de los datos

para identificarlo

TxD Patilla de transmisin de datos del puerto RS232

UCR Universidad de Costa Rica

VCA Voltaje de Corriente Alterna

VCD Voltaje de Corriente Directa

VisiLogic Programa para PLCs Unitronics

WebPLC Serie de PLCs Unitronics basados en comunicacin por web

I/O Entradas/Salidas


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xi

LSTA DE MARCAS REGISTRADAS Delphi Enterprise 5.0: Borland Pascal

Unitronics: M90, OPC Server

Microsoft: Windows, Office(Word, Excel, Access), Internet Explorer, NetDDE, DDE, OLE,

DCOM, ADO, BDE, InterBase, InstallShield

OPC Foundation: Intellution, Opto-22, Fisher-Rosemount, Rockwell Software y Intuitiv

Software

Siemens

C++, Visual Basic, VBScrip, JavaScript

DeviceNet


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RESUMEN

El objetivo principal es una aplicacin HMI, Interfaz Humano Mquina, para el modelo

de PLCs de Unitronics M90, por medio de la implementacin de un programa SCADA en la

plataforma de programacin Delphi Enterprise 5.0, con lenguaje Borland Pascal. Se empez por

estudiar dicha plataforma, que utiliza programacin orientada a objetos. Despus se estudi la

estructura interna del PLC M90, se estableci comunicacin con el PLC en pequeas pruebas de

manipulacin de registros internos en Excel por medio del protocolo de comunicacin DDE.

Seguidamente se trasladaron estas pruebas a desarrollos con Delphi y poco a poco se fueron

solventando problemas que aparecan en el transcurso de la implementacin. Las fuentes de

informacin fueron obtenidas en su gran parte de Internet.

Se utilizaron variables tales como el servidor OPC de Unitronics, los enlaces OLE de

Windows y el protocolo DDE, entre otros.

Se han podido experimentar las ventajas de utilizar herramientas diseadas especialmente

para la creacin de sistemas SCADA.

Los resultados fueron: Se Desarroll una Interfaz Humano-Mquina (HMI) para la

familia de PLCs Unitronics con la creacin de las aplicaciones UniScada y Uni_HMI, Se

practic en el desarrollo de aplicaciones en Borland Delphi, Se estudi la arquitectura de los

PLCs Unitronics, Se Desarroll una aplicacin de comunicacin entre Delphi y el OPC Server

de Unitronics, Se Realiz una aplicacin de lectura de registros del PLC, Se Desarroll la

aplicacin HMI de despliegue de registros, pues se obtuvo un prototipo de lo que hoy en da es

materia de mercado, asimismo, se elimin el desconocimiento en dicho tema, haciendo ms

familiar futuras experiencias con programas SCADA comerciales en el campo laboral.


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CAPTULO 1: Introduccin

Lo que se pretendi en este trabajo fue la creacin de un programa bsico de

monitoreo estilo SCADA, como es mencionado comercialmente, implementndolo en

una plataforma de programacin grfica, Delphi 5.0, en donde se estableci una

comunicacin entre un PLC y la PC, de manera que el usuario pueda tener una cmoda

interaccin con el dispositivo.

Se seleccion el controlador lgico programable de la familia de Unitronics,

enfatizando en el modelo M90, a pesar de que toda la lnea de PLCs de dicha familia

(Unitronics) posee caractersticas extremadamente similares, en donde es posible que sus

diferencias significativas no sean ms que sus capacidades de memoria, pero su

estructura interna es muy parecida y para efectos de este proyecto la comunicacin y

manipulacin de datos son idnticas, pues hasta los registros internos poseen los mismos

nombres.

Este dispositivo (M90) fue seleccionado por su simple estructura interna y su fcil

manipulacin, como ms adelante se mencionar. La plataforma de programacin

Borland Pascal de Delphi fue seleccionada por sus caractersticas grficas y de

compatibilidad con los sistemas OPC.

El fin que posee este proyecto fue desarrollar una interfaz HMI, para adentrar al

estudiante en aplicaciones industriales muy usadas hoy en da, con el objetivo de

actualizar al estudiante con materia de mercado en el rea de control automtico. Un

objetivo futurista de este trabajo pretende utilizar las bases creadas para la realizacin de

un software competitivo en el mercado industrial, de manera que se optimice y se

produzcan nuevas implementaciones con mayor detalle y versatilidad, dejando un

software abierto. Este legado pretende motivar al estudiante en la creacin de este tipo de

softwares.


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1.1 Objetivo General

Desarrollar una Interfaz Humano-Mquina (HMI) para la familia de PLCs

Unitronics. M90.

1.1.1 Objetivos especficos

Entrenamiento en el desarrollo de aplicaciones en Borland Delphi.

Estudiar la arquitectura de los PLCs Unitronics M90.

Desarrollar una aplicacin de comunicacin entre Delphi y el OPC Server de

Unitronics.

Realizar una aplicacin de lectura de registros del PLC.

Desarrollar la aplicacin HMI de despliegue de registros.

1.2 Metodologa

La metodologa utilizada para la realizacin de este proyecto, comenz con una

distribucin del tiempo secuencial para cada objetivo especfico antes mencionado. El

cronograma de las actividades realizadas inici con el establecimiento de rangos de

tiempo determinados por la dificultad del objetivo.

En primer lugar se dependa y a su vez se limitaba a ser desarrollado en un lapso

de cuatro meses, dictado por la divisin de los periodos lectivos establecidos por la UCR.

Como parte del procedimiento se tuvieron que realizar constantes y aleatorias reuniones

profesor gua-estudiante, segn la necesidad de respaldo e informacin que el estudiante

necesitara en el proceso tanto de elaboracin como en el de investigacin del trabajo.

En dichas reuniones se definieron en primer lugar el tema a realizar, el

procedimiento a seguir, las fuentes de informacin necesarias y consultora. Conforme

pas el tiempo se tuvo que acudir a asesoras con personas expertas o familiarizadas con

los temas, en donde si no precisamente fue funcin total del profesor gua, el mismo

brindaba las dichas fuentes asesoras.

El estudiante por su parte tambin acudi a asesores segn su comodidad, debe

entenderse que los asesores encontrados no posean en su totalidad conocimiento de

aplicaciones similares a la realizada y que su conocimiento comprenda desde control-


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automtico solamente hasta simple programacin, por lo que la base terica obtenida fue

compuesta por informacin de fuentes diversas.

El primer apartado del cronograma correspondi al a) Entrenamiento en el

desarrollo de aplicaciones en Borland Delphi. Ntese que la Escuela de Ingeniera

Elctrica carece de cursos obligatorios de introduccin a la programacin orientada a

objetos en su plan de estudios, por lo que se debi familiarizar con dicho tema, y se debe

recalcar que esta es la base de este proyecto, por lo que se destin, al ser este uno de los

objetivos de mayor dificultad, un periodo de un mes y medio. El resto del tiempo fue

destinado para los dems objetivos.

Una vez emprendido el trayecto con los conocimientos bsicos de la plataforma

Delphi y de programacin orientada a objetos, se procedi al siguiente paso b) Estudiar

la arquitectura de los PLCs Unitronics M90. Es necesario citar que la familia de

PLCs Unitronics poseen caractersticas muy parecidas, me refiero al mbito de sus

registros internos, que adems son relativamente simples y de fcil comprensin; por lo

que el tiempo destinado a esta etapa no fue excesivo; por el contrario, este puede que

fuese el ms fcil de los objetivos, como se refiere en el captulo 3, basta ms que leer ese

captulo del informe para darse por enterado y comprendido todo lo referente a este tipo

de PLCs. Se debe recalcar que el mayor asesor sobre este tema fue el profesor gua, pues

adems de que posee vasta experiencia en el rea de automatizacin, es un experto de la

familia de PLCs Unitronics.

El tercer apartado fue: c) Desarrollar una aplicacin de comunicacin entre

Delphi y el OPC Server de Unitronics, d) Realizar una aplicacin de lectura de

registros del PLC e) Desarrollar la aplicacin HMI de despliegue de registros. Estas

aplicaciones (puntos c, d y e) se realizaron por primera vez en la hoja de clculo Excel ,

por su gran comodidad, facilidad y documentacin, pues en la ayuda del driver OPC

Server existe informacin de comunicacin Excel -Servidor OPC; se estableci

comunicacin entre el PLC y la PC, en donde se probaron los registros internos, de

manera que se comprob las diferentes utilidades de cada registro, conocindolas ms

profundamente. Este paso fue muy fcil gracias a los protocolos de comunicacin tipo


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DDE que posee Windows , pues con este protocolo se pudo comunicar Excel con el

OPC Server.

Se prosigui con una pequea implementacin de comunicacin en la plataforma

Delphi. Este objetivo puede que fuese el ms difcil de todos, y el que tom mayor

tiempo, pues fue imposible importar el DLL del OPC Server al compilador Delphi 5.0,

problema que se atribuye a la incompatibilidad de este OPC Server (de Unitronics Co)

con la versin del Delphi Enterprise (5.0). Todava se desconoce si de verdad esta fue la

razn o simple desconocimiento. Al no tener mucho tiempo para determinar el motivo, se

decidi tomar una medida paralela y alterna, la cual correspondi a la creacin de una

clase Excel (Excel Application), que se puede hacer en Delphi Enterprise 5.0, que

permite emular partes de la hoja de Excel , tales como una celda.

El ltimo objetivo fue f) Completar la aplicacin HMI de forma grfica. Este

objetivo necesit mucha creatividad e informacin, pues es aqu donde se empez a

desarrollar la interfaz grfica. Se trabaj con archivos, entre muchos elementos de

programacin, lo cual implic gran cantidad de consultas acerca de informacin sobre la

implementacin de determinados elementos, realizadas en Internet.


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CAPTULO 2: Generalidades de una Aplicacin HMI Para iniciar en el desarrollo de este proyecto, se especifican algunas conceptos de

relevancia con respecto a los PLCs, en trminos generales, y sobre nuestra aplicacin se

especifican su definicin, funciones, estructura fsica Hardware o componentes,

aplicaciones, debilidades y fortalezas. Seguido a esto procede definir conceptos como

definiciones de un sistema SCADA y sus funciones, protocolos de comunicacin,

protocolo DDE, OLE para Windows y Servidor OPC , adems la utilidad del compilador

Delphi en el proyecto, entre otras cosas de conocimiento imprescindible. Esta es la

teora que se debe tener muy clara antes de empezar a desarrollar una aplicacin HMI.

Se espera que cualquier persona que lea el informe puede iniciarse en el tema,

conociendo los principios bsicos para desarrollar una aplicacin HMI.

2.1 Generalidades de un PLC.

2.1.1 Concepto

Las siglas PLC significan Programmable Logic Controller, lo que en espaol

sera Controlador Lgico Programable. Resulta ser simplemente a grandes rasgos un

equipo que se puede programar en un lenguaje simblico, y est diseado para controlar

procesos industriales e implementar mquinas.

Cuando se refiere a programar en un lenguaje no informtico, se habla de que

estos aparatos se programan en un lenguaje denominado Escalera, un tipo de

programacin muy simple, fcil y amigable de manera que no hace falta escudriar en

profundidad las notaciones que poseen generalmente los compiladores comerciales,

donde es necesario estar familiarizado con algn lenguaje para entenderlo.

Este lenguaje se basa en una notacin grfica de bloques (en algunos casos, tales

son los PLCs marca SIEMENS), o con figuras simples como esquemticos de

contactores, bobinas y otros. Al no estar este tema en nuestro marco de anlisis, pues la

aplicacin est directamente relacionada con la manipulacin de los registros internos del

PLC, se retoma este tema en el Captulo 3.

Un PLC recibe por sus entradas o captadores, informacin que ser procesada por

un programa lgico interno determinado, que ejecutar acciones especficas sobre sus


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accionadores en sus salidas. Por lo que los PLC son funcionales en sistemas que poseen

procesos de monitorear, control, entre otros.

Es necesario utilizar PLC en el caso que se presenten situaciones tales como1:

Espacio reducido Procesos de produccin peridicamente cambiante Procesos secunciales Maquinaria de procesos variables Instalaciones de procesos complejos y amplios Chequeo de programacin centralizada de las partes del proceso. 2.1.2 Funciones

Las funciones bsicas que posee un PLC comn son2:

Deteccin: Lectura de la seal de las entradas distribuidos por el sistema de

fabricacin.

Mando: Elaborar y enviar las acciones al sistema mediante las salidas y

preaccionadores.

Dilogo hombre mquina: Mantener un dilogo con los operarios de produccin,

obedeciendo sus consignas e informando del estado del proceso.

Programacin: Para introducir, elaborar y cambiar el programa de aplicacin del

autmata. El dilogo de programacin debe permitir modificar el programa incluso con el

autmata controlando la mquina.

Hoy en da los PLCs poseen nuevas funciones tales como:

Redes de comunicacin: Permiten establecer comunicacin con otras partes de

control. Las redes industriales permiten la comunicacin y el intercambio de datos entre

autmatas en tiempo real.

Sistemas de supervisin: Tambin los autmatas permiten comunicarse con

ordenadores provistos de programas de supervisin industrial. Esta comunicacin se

1 Puntos tomados de http://www.grupo-maser.com/PAG_Cursos/Auto/auto2/auto2/PAGINA%20PRINCIPAL/PLC/plc.htm. 2 Funciones tomadas de: http://www.grupo-maser.com/PAG_Cursos/Auto/auto2/auto2/PAGINA%20PRINCIPAL/PLC/plc.htm.


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realiza por una red industrial o por medio de una conexin por el puerto serie del

ordenador.

Control de procesos continuos: Adems de dedicarse al control de sistemas de

eventos discretos los autmatas llevan integradas funciones que permiten el control de

procesos continuos. Disponen de mdulos de entrada y salida analgicas y la posibilidad

de ejecutar reguladores PID que estn programados en el autmata.

Entradas- Salidas distribuidas: Los mdulos de entrada salida pueden estar

distribuidos por la instalacin y se comunican con la unidad central del autmata

mediante un cable de red.

Buses de campo: Mediante un solo cable de comunicacin se pueden conectar al

bus de entradas y salidas, reemplazando al cableado tradicional. El autmata consulta

cclicamente el estado de las entradas y actualiza el estado de las salidas.

2.1.3 Componentes

Entre los principales componentes de un PLC bsico se encuentran los

siguientes3:

Gabinete Principal: Este elemento es sobre el que se "enchufan" o conectan el

resto de los elementos. Puede alojar a un nmero finito de elementos dependiendo del

fabricante y conectarse a otros gabinetes similares mediante un gabinete de expansin.

Fuente de Alimentacin: La tensin de entrada es normalmente de 110/220VCA

de entrada y 24 VCD de salida que es con la que se alimenta a la CPU.

CPU: Es el cerebro del PLC. Consta de uno o varios microprocesadores (segn el

fabricante) que se programan mediante un software propio. La mayora de ellos ofrecen

varias formas de programacin (lenguaje de contactos, neumnico o instrucciones, de

funciones, etc.).

Normalmente trabajan con buses de 16 bits, aunque algunos modernos trabajan

con buses de 32 bits. Hoy en da la potencia de clculo de estos PLC's es grandsima,

sobre todo si se trabaja con nmeros reales o coma flotante, dando unas resoluciones ms

que deseables. Trabajando con programas digitales puede alcanzarse un ciclo de

exploracin de 10 ms.

3 Informacin tomada de: http://www.euskalnet.net/m.ubiria/ARTICULOS.htm#Articulos_2001_01


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El programa alojado en la CPU va escrito en un lenguaje propio de la misma, se

ejecuta en una secuencia programable y tiene un principio y un final. El tiempo que

transcurre entre los dos se llama ciclo de exploracin y hay un temporizador interno que

vigila que este programa se ejecute de principio a fin, llamado perro guardin o

watchdog. Si este temporizador finaliza y el programa no ha ejecutado la instruccin

END, el PLC pasar a estado de STOP.

Tarjetas entradas/salidas digitales: Se enchufan o conectan al gabinete y

comunican con la CPU a travs de la citada conexin. En el caso de las entradas digitales

transmiten los estados 0 1 del proceso a la CPU. En el caso de las salidas, la CPU

determina el estado de las mismas tras la ejecucin del programa y las activa o desactiva

en consecuencia.

Normalmente se utilizan tarjetas de entradas de 24 VCD y salidas de 24 VCD,

aunque tambin las hay de 110 y 220 VCA, depende de las preferencias y normativas

locales. Las hay de 8, 16 y 32 entradas o salidas o mezclas de ambas.

Tarjetas entradas/salidas analgicas: Se enchufan o conectan al gabinete de igual

manera que las anteriores, pero teniendo en cuenta que en algunos modelos de PLCs han

de estar situadas lo ms cerca posible de la CPU (por problemas de cada de tensin).

Estas tarjetas leen un valor analgico e internamente lo convierten en un valor digital

para su procesamiento en la CPU. Esta conversin la realizan los convertidores

analgico-digitales internos de las tarjetas que en algunos casos es uno para todos los

canales de entrada o salida aunque actualmente se tiene uno por cada canal de entrada o

salida. En este ltimo caso el procesamiento de las seales analgicas es mucho ms

rpido que en el otro. Estas tarjetas son normalmente de 2, 4, 8 16 entradas/salidas

analgicas, llamndose a cada una de ellas canal. Los rangos de entrada estn

normalizados siendo lo ms frecuente el rango de 4-20 mA (miliamperios) y 0-10 VCD,

aunque tambin existen de 0-20 mA, 1-5V, 0-5V, etc.

Tarjetas especiales: Se enchufan o conectan al gabinete y comunican con la CPU

a travs de la citada conexin. Se utilizan normalmente para control o monitorizacin de

variables o movimientos crticos en el tiempo, ya que usualmente realizan esta labor

independientemente de la CPU. Son algunas muestras las siguientes:

Tarjetas de posicionamiento de motores


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Tarjetas de regulacin. 2.1.4 Aplicaciones

Entre las aplicaciones ms comunes que puede tener un PLC podemos mencionar

algunos ejemplos tales como4:

Maniobra de mquinas Maquinaria industrial de plstico Maquinaria de embalajes Maniobra de instalaciones:

Instalacin de aire acondicionado, calefaccin, etc. Instalaciones de seguridad

Sealizacin y control: Chequeo de programas Sealizacin del estado de procesos

2.1.5 Fortalezas y Debilidades

Las principales virtudes del uso de un PLC son5:

Menor tiempo empleado en la elaboracin de proyectos debido a que: No es necesario dibujar el esquema de contactos No es necesario simplificar las ecuaciones lgicas, ya que, por lo general la capacidad de almacenamiento del mdulo de memoria es lo

suficientemente grande.

La lista de materiales queda sensiblemente reducida, ya que un PLC es un equipo con muchos elementos integrados, y al elaborar el presupuesto correspondiente se

elimina parte del problema que supone el contar con diferentes proveedores,

distintos plazos de entrega.

Posibilidad de introducir modificaciones sin cambiar el cableado ni aadir aparatos. Mnimo espacio de ocupacin. Menor costo de mano de obra de la instalacin. 4 Ejemplos tomados de: http://www.grupo-maser.com/PAG_Cursos/Auto/auto2/auto2/PAGINA%20PRINCIPAL/PLC/plc.htm. 5 Informacin tomada de:


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

Posibilidad de gobernar varias mquinas con un mismo autmata. Menor tiempo para la puesta en funcionamiento del proceso al quedar reducido el

tiempo de cableado.

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

En contraposicin a sus cualidades se puede citar algunas de sus inconvenientes:

Es necesario un programador, lo que obliga a adiestrar a uno de los tcnicos en tal sentido.

El costo inicial es alto.

2.2 Generalidades de los Sistemas SCADA.

2.2.1 Concepto

Las siglas HMI son provenientes del ingls Human Machine Interface, lo que en espaol es Interfaz Humano Mquina. Esto se refiere a un programa interfaz, que suele

correr en un computador tipo PC, el cual es utilizado por el operario del proceso

industrial para monitorear y/o controlar un sistema determinado. Este programa interfaz

est en constante comunicacin y transmisin de datos con el PLC.

Antes de seguir refirindose al tema es importante definir otro concepto

elemental, el de sistema SCADA. Cuando se hable de sistemas SCADA se refiere

exclusivamente al software, en este apartado, pero es necesario aclarar que no es lo nico

que comprende el sistema como tal, pero se hace para efectos de inters. Las siglas

SCADA provienen del ingls: Supervisory Control and Data Adquisition, lo que

traducido al espaol y de forma ms explcita, es un software supervisor que realiza la

adquisicin de datos desde PLC hacia una PC comnmente, y el envo de datos en

sentido contrario. El carcter de los datos a transferir en ambos sentidos es de control

(pueden ser simple monitorear, instrucciones, etc.), generalmente de tipo industrial. El

objetivo primordial es que por medio de un programa interactivo, grfico y amigable

http://www.grupo-maser.com/PAG_Cursos/Auto/auto2/auto2/PAGINA%20PRINCIPAL/PLC/plc.htm


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simule los procesos que se realizan en una planta (como control de calidad, supervisin,

mantenimiento, etc.), de tal manera que realice un sensado en tiempo real y los

despliegue en la pantalla del PC que utiliza el operador, o tambin, que enve

instrucciones que acten directamente sobre los diferentes dispositivos, de tal manera que

sea tan cmodo como el presionar una tecla del computador.

De una manera ms personal, agregando a la definicin anterior, un programa

SCADA es un software creador de aplicaciones programadas especficas de un proceso

determinado.

Un ejemplo es el de monitorear alarmas de un Banco. Los procesos que se

realizan son: recoger la informacin de los censores en las entradas de un PLC y

visualizar las entradas en la PC (el PLC ya posee una programacin que realizar con

una entrada especfica programado a lenguaje escalera). El programa SCADA est

basado en los iconos necesarios para comunicar el estado de las alarmas, por lo que no se

necesita ms que esta aplicacin en el programa de monitoreo. Pero si es el vendedor de

PLCs y cada cliente necesita una aplicacin distinta o actualizar la que ya tiene, ocupa

tener un programa que cree los distintos softwares para cada aplicacin, a este programa

padre o creador le denomino SCADA.

Continuando con las caractersticas generales de las HMI, cada uno tiene su

software propio y la comunicacin generalmente se da a travs del puerto serial RS232.

Una descripcin general propuesta de cmo deben ser los mdulos que componen

un software SCADA es la siguiente6:

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

Interfaz grfico del operador: proporciona al operador las funciones de control y supervisin de la planta. El proceso se representa mediante sinpticos grficos

almacenados en el ordenador de proceso y generados desde el editor incorporado

en el SCADA o importados desde otra aplicacin durante la configuracin del

paquete.

6 Tomado de http://personal.redestb.es/efigueras/


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12

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

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

Comunicaciones: se encarga de la transferencia de informacin entre la planta y la arquitectura hardware que soporta el SCADA, y entre sta y el resto de elementos

informticos de gestin.

Algunos requisitos importantes sugeridos, sobre las cualidades que debe poseer

un programa SCADA son los siguientes:

Deben ser sistemas de arquitectura abierta, capaces de crecer o adaptarse segn las necesidades cambiantes de la empresa.

Deben comunicarse con total facilidad y de forma transparente al usuario con el equipo de planta y con el resto de la empresa (redes locales y de gestin).

Deben ser programas sencillos de instalar, sin excesivas exigencias de hardware, y fciles de utilizar, con interfaces amigables con el usuario.

2.2.2 Funciones de un Sistema SCADA

Las principales funciones de un sistema SCADA son las siguientes7:

Visualizar y parametrizar datos del proceso (lectura y/o escritura de variables) Gestin de alarmas del proceso, con textos de ayuda al operario para la resolucin de

las mismas

Recopilacin de alarmas sucedidas en el tiempo (histrico de alarmas) Impresin de las citadas alarmas 8 Ejecucin de programas, que modifican la ley de control, o incluso anular o

modificar las tareas asociadas al autmata, bajo ciertas condiciones.

Posibilidad de programacin numrica, que permite realizar clculos aritmticos de elevada resolucin sobre la CPU del ordenador.

2.2.3 Elementos necesarios para un sistema SCADA

7 Informacin tomada de http://personal.redestb.es/efigueras/ 8 Tomado de http://personal.redestb.es/efigueras/


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Como en el apartado 2.2.1 se refiri a un sistema SCADA solamente en su

software, ahora se mencionar un poco de los elementos necesarios para el sistema

SCADA como tal, los cuales son los siguientes:

Software SCADA Tarjeta de comunicacin PC-PLC Driver de comunicacin: programa que realiza la traduccin entre el sistema

SCADA-HMI y el PLC.

PC

2.3 Protocolos de Comunicacin

2.3.1 Concepto

Un protocolo de comunicacin, son las reglas de comunicacin que autorizan la

transmisin de datos entre diferentes dispositivos que hablan sus propios idiomas.

Cuando se requiere establecer comunicacin entre dispositivos, se deben

establecer algunos puntos elementales entre ellos tales como la sincronizacin y los

procedimientos para el intercambio de datos o Protocolos. 9Los protocolos son implementados va procesos (son los programas que se ejecutan

en un hardware).

Un proceso se ejecuta en un procesador virtual o lgico. Un proceso es auto contenido No se da cuenta (y no le interesa), que un procesador real comparta sus recursos

entre varios procesos activos.

Los procesos existen en:

Equipos de una red. Sistema multiprocesador, para controlar interaccin de procesos paralelos. Aplicaciones en tiempo real para el control de dispositivos. La entrada a los procesos ocurre por puertas lgicas de software, por donde el proceso

recibe mensajes desde procesos residentes en el mismo o en otro procesador.

9 Tomado de http://inf.udec.cl/~yfarran/web-redes/protocolos/redes03.htm


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14

Un conjunto de datos privados definen el estado actual de un proceso y determinan la

accin a tomar por el receptor de un mensaje.

El resultado de la computacin ejecutada por el proceso se enva por una puerta

lgica de salida.

Cmo opera un protocolo como DDE?

Un proceso recibe un mensaje, lo procesa y enva una respuesta, sin que exista relacin entre este evento y otro anterior o posterior.

El proceso origen, conocer la direccin del proceso destino y la incluir en el mensaje.

Esta direccin, identificar nicamente a un procesador, quien conocer al proceso destino.

El originador cuando despacha un mensaje, entra a un estado de espera de la respuesta en una de sus puertas.

El proceso destino ejecuta la funcin especificada en el mensaje, construye la respuesta (con resultados y direccin del origen) y enva el mensaje respuesta por

una puerta de salida, (quedando libre para aceptar otro mensaje).

La respuesta llega al originador, quien realiza un chequeo para asegurarse que viene del lugar correcto antes de aceptarla, luego, pasa al estado no espera

respuesta en esa puerta de entrada.

2.3.2 Protocolo DDE

El protocolo de comunicacin DDE (siglas derivadas del ingls Dynamic Data

Exchange), es un protocolo de intercambio de datos de Microsoft para aplicaciones

Windows. 10 El intercambio de datos dinmico (DDE) permite enviar/recibir datos e

instrucciones hacia/desde una a otra aplicacin. Esto implementa una relacin cliente-

servidor entre dos aplicaciones en ejecucin al mismo tiempo. El uso del servidor

proporciona los datos y acepta peticiones de cualquier otra aplicacin interesada en sus

datos. Las aplicaciones que solicitan se llaman clientes. Algunas aplicaciones tales como

Microsoft Excel pueden simultneamente ser cliente y servidor. NetDDE ampla la

10 Traducido del manual de ayuda del OPC Server de la compaa Unitronics


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15

funcionalidad estndar del DDE de Windows para incluir comunicacin sobre redes de

rea local a travs de puertos seriales. Las extensiones de red estn disponibles para

permitir enlaces DDE entre las aplicaciones corriendo en diversas computadoras

conectadas va redes o mdems. 11 El protocolo DDE est basado en el sistema de mensajera construido por

Windows . As, dos programas de aplicacin bajo Windows realizan una

"conversacin DDE" envindose mensajes entre ellos.

Una conversacin DDE se inicia con el programa que acta como cliente. Este

transfiere un mensaje a todos los programas que se estn ejecutando en ese momento en

Windows . Dicho mensaje indica una categora general de datos que el cliente necesita.

Un servidor DDE que posee dichos datos puede responder a este mensaje. En este

instante comienza la conversacin. Un nico programa puede ser cliente para un

programa, y servidor para otro, pero esto requiere dos conversaciones DDE distintas. Un

servidor puede entregar datos a mltiples clientes y un cliente puede obtener datos desde

mltiples servidores, pero esto requiere mltiples conversaciones DDE.

Un programa implicado en una conversacin DDE no necesita codificarse

especficamente para trabajar con otro programa DDE. Generalmente el diseador de un

servidor DDE hace pblico cmo se identifican los datos. Como DDE utiliza el sistema

de mensajera incluido en Windows, el programa se integra perfectamente en el entorno

Windows.

En DDE ambas aplicaciones deben estar ejecutndose y las dos deben dar a

Windows una direccin a sus funciones de llamada antes de que la comunicacin de DDE

pueda comenzar. La funcin de llamada acepta cualquier mensaje de DDE que Windows

enva a la aplicacin.

Un cliente de DDE comienza una conversacin con otra aplicacin (un servidor

de DDE) enviando un mensaje de conexin. Despus de establecer una conexin, el

cliente puede enviar rdenes o datos al servidor y a cambio puede pedir el valor de datos

que el servidor maneja.

Cuando la comunicacin DDE para una conversacin es completada, el cliente

enva un mensaje de cerrar la conversacin al servidor.

11 Tomado de http://www.ing.ula.ve/~jesusc/labvid.htm


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Un cliente estndar DDE soporta cinco operaciones bsicas:

Open: Abrir enlace al servidor. Execute: Enviar comandos para ser ejecutados por el servidor. Peek (Request): Leer un elemento de datos desde el servidor. Poke: Enviar un elemento de datos al servidor. Close: Cerrar el enlace al servidor.

Las diferentes aplicaciones clientes pueden tener nombres diferentes para estas

funciones, sin embargo, funcionarn igual a como se describieron.

Ahora, para poder habilitar el uso de esas cinco funciones, se tiene que conocer

algunas cosas acerca de la aplicacin Servidora. Por ejemplo, es muy difcil abrir un

enlace a la aplicacin servidora sin conocer el nombre de la aplicacin.

Para desarrollar una comunicacin DDE o una conversacin en trminos de DDE,

se tiene que ser capaz de identificar el tipo de dato que se desea. Esta operacin se realiza

con las tres cadenas de caracteres con informacin acerca de la aplicacin Servidora:

Application name /service | Justamente el nombre de la aplicacin: servicio Data topic ! Define el elemento de inters en la aplicacin: tema Data item ! El actual elemento de intercambio: elemento

Por tanto, se necesita el nombre de la aplicacin o servicio (generalmente es el

nombre del archivo ejecutable de la aplicacin) que especifica el nombre del servidor de

aplicacin al cual, el cliente est enlazando; el tpico de datos (a menudo es el nombre de

un archivo, pero esta definicin puede variar) para abrir el enlace a la aplicacin

servidora, por ltimo, necesitar el elemento de dato (el cual, es frecuentemente el

nombre de una variable). Los Datos y comandos son transferidos en formato texto por

convencin.

El tema es el segundo nivel en las tres cadenas de caracteres y define el objeto de

una conversacin DDE, y es usualmente significativo tanto para la aplicacin servidor y

cliente. El elemento identifica el dato o valor que se est pasando durante la conversacin

DDE entre el servidor y el cliente.

De acuerdo con los mensajes utilizados del entorno Windows hay tres tipos de

conversaciones DDE: enlace fro (cold-link), enlace caliente (hot-link) y enlace templado

(warm-link).


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2.4 Enlaces OLE para Windows

Las siglas OLE provienen del ingls Object Linking and Embedding, lo que

traducido al espaol sera enlace e inclusin de objetos. 12Es una especificacin de

Microsoft creada para trabajar en Windows haciendo posible la integracin de objetos

entre aplicaciones, lo que permite crear documentos con entidades provenientes de

distintas aplicaciones.

Los objetos pueden ser casi cualquier tipo de informacin, incluyendo texto,

imgenes de mapa de puntos, grficos vectoriales e incluso anotaciones de sonido y

vdeo.

A travs de OLE es posible que los programas se comuniquen entre s e

intercambien informacin sin prdida de detalle, independientemente de su origen. Pero

el proceso no se produce de forma automtica, de modo que es preciso conocer su

funcionamiento para poder aprovechar sus posibilidades.

OLE fue introducido en 1991 como una extensin del protocolo DDE, que fue

creado para pasar datos entre aplicaciones, y en especial, desde la hoja de clculo Excel.

Los programas que en la actualidad admiten el uso de OLE, lo hacen conforme a las

normas de OLE1 u OLE2, siendo esta ltima versin ms moderna (1993) y eficaz que la

primera, permitiendo entre otras cosas el paso de datos mediante la tcnica drag and drop

(arrastrar y soltar) y la edicin in situ de los datos.

OLE no es soportado por Windows de forma directa, lo que quiere decir que no

todos los programas de este entorno grfico trabajan en OLE, ya que es preciso que las

aplicaciones hayan sido diseadas para soportar sus funciones.

La especificacin OLE permite incorporar enlaces entre determinadas partes de

los programas, y as, es posible controlar desde una aplicacin lo que se est realizando

en otra.

Una aplicacin que trabaja con OLE puede actuar como servidor, como cliente o como

las dos cosas.

12 http://personales.unican.es/togoresr/r40p64.htm


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Para que se puedan pasar los datos entre aplicaciones, se requiere que existan

copias completas de los datos en la memoria, para permitir controlar qu datos van siendo

pasados.

OLE permite el intercambio de datos de dos formas: enlace e inclusin, tambin

conocidas como vinculacin e incrustacin, posibilitando la creacin de documentos

compuestos, o sea, documentos formados por varios objetos de datos provenientes de

mltiples aplicaciones. Un objeto incluido est totalmente contenido dentro de la

aplicacin cliente. Un objeto enlazado tiene una conexin en la aplicacin cliente y slo

es accesible a travs de la aplicacin que contiene los datos originales. En cualquiera de

los dos casos, si se pulsa dos veces seguidas sobre el objeto, se activa el programa

servidor para permitir la edicin de los datos.

13Podemos considerar que OLE es un subconjunto de la tecnologa ActiveX,

encargada de la vinculacin e incrustacin de objetos, y ambas se sustentan sobre COM

(Component Object Model). COM proporciona un mecanismo para permitir la

comunicacin entre los objetos de una aplicacin o entre distintos procesos,

proporcionando mecanismos para que un objeto pueda mostrar su funcionalidad a travs

de una interfaz.

Por tanto, COM nos proporciona las conexiones y los interfaces que sern

utilizadas desde OLE para conseguir la automatizacin, para que una aplicacin pueda

ofrecer una interfaz programable.

Las aplicaciones que vienen con Microsoft Office (Word, Excel, Access), el

propio Microsoft Internet Explorer, entre otros, soportan la automatizacin OLE.

OLE no es soportado por Windows de forma directa, lo que quiere decir que no

todos los programas de este entorno grfico trabajan en OLE, ya que es preciso que las

aplicaciones hayan sido diseadas para soportar sus funciones.

La especificacin OLE permite incorporar enlaces entre determinadas partes de

los programas, y as, es posible controlar desde una aplicacin lo que se est realizando

en otra.

Una aplicacin que trabaja con OLE puede actuar como servidor, como cliente o como

las dos cosas.

13 Tomado http://www.iespana.es/perl-es/OLE.htm


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Para que se puedan pasar los datos entre aplicaciones, se requiere que existan

copias completas de los datos en la memoria, para permitir controlar qu datos van siendo

pasados.

2.5 Generalidades de un Servidor OPC 14El OPC (en ingls OLE for Process Control), o en espaol OLE para control de

procesos, es una especificacin tcnica no propietaria definida por la Entidad OPC

Foundation (OPC Foundation es una entidad sin fines de lucro, encargada de administrar

la especificacin OPC) y consiste bsicamente en un Sistema de Interfaces Estndar

basado en OLE/COM y DCOM de Microsoft. Con OPC es posible nter operar

dispositivos industriales con sistemas de informacin o aplicativos de escritorio. En otras

palabras, el OPC permite desarrollar de una manera muy prctica y eficiente aplicaciones

que pretendan comunicarse con equipos industriales controlados por PLCs. 15Desde un punto de vista general muchos aspectos de OPC son similares al

DDE, pero la diferencia principal est en la puesta en prctica usando la tecnologa de

COM de Microsoft (modelo componente del objeto). Permite intercambio rpido con

datos de proceso de la automatizacin y el interfaz abierto de OPC, permite el acceso a

los datos del servidor de OPC de la misma manera estndar de los usos del cliente de

OPC. 16 OPC es un conjunto de protocolos para interfaces OLE/COM estndar

destinados a estimular una mayor interaccin entre las aplicaciones de

control/automatizacin, los dispositivos/sistemas de campo y las aplicaciones de

ofimtica/gestin en la industria de control de procesos.

En cooperacin con Microsoft, cinco empresas, Intellution, Opto-22, Fisher-

Rosemount, Rockwell Software y Intuitiv Software, se unen para crear OPC Foundation

en Mayo de 1995. El objetivo del comit conformado fue proporcionar una interfaz de

programacin de aplicaciones estndar para el intercambio de datos que pudiese

simplificar el desarrollo de drivers de I/O y mejorar el rendimiento de los sistemas de

interfaz.

14 Tomado de http://www.microsoft.com/spanish/msdn/comunidad/mtj.net/voices/art123.asp 15 Traducido del manual de ayuda del OPC Server de la compaa Unitronics 16 Tomado de https://www.software.omron.es/software/cx/pages/cx_comun.jsp?id=6


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El OPC elimin problemas de duplicacin de esfuerzo, inconsistencias entre

vendedores de drivers, soporte para cambios en caractersticas de hardware, conflictos de

Acceso, estableciendo una interfaz de comunicacin comn, lo cual ha beneficiado

enormemente el desarrollo de aplicaciones HMI y sistemas SCADA.

El OPC ofrece varias ventajas entre las cuales destacan las siguientes:

Los fabricantes de hardware tienen que hacer solamente un conjunto de componentes de software para que los clientes los utilicen en sus aplicaciones.

Los desarrolladores de software no tienen que rescribir drivers debido a cambios en caractersticas o adiciones en un hardware.

Los clientes tendrn ms opciones con las cuales puedan desarrollar diversos sistemas de aplicacin a nivel industrial.

Posibilidades con el OPC:

Acceder a datos en lnea: La lectura y la escritura eficiente de datos entre una estacin central y un dispositivo de control de procesos se puede realizar de forma flexible y

eficiente.

Control de alarmas: El OPC provee mecanismos para que sus clientes sean notificados de la ocurrencia de acontecimientos y de condiciones de alarmas

especificadas.

Acceso a datos histricos: El OPC permite la lectura, procesamiento y correccin de datos histricos con un eficiente motor de acceso.

Con la arquitectura OPC se aprovechan las ventajas de la interfaz COM para

ampliar su funcionalidad.

La especificacin OPC incluye lo siguiente:

Interfaz COM/DCOM para ser usada por clientes Locales o Remotos. Referencias a la Interfaz de Automatizacin OLE.

Requerimientos de Funcionalidad:

OPC es respaldado completamente por C++, Visual Basic y Delphi. Cualquier cliente con interfaz OLE. No respalda el uso con VBScript o JavaScript.


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La especificacin OPC requiere como Sistema Operativo Windows 95/98 (con DCOM), Windows NT 4.0 o Superior. En todos los casos es recomendable instalar la

ltima versin de Services Pack correspondiente.

La Figura siguiente representa el funcionamiento del OPC con las interfaces

personalizada y automatizada.

Figura N2.1 Funcionamiento e Interfaces de OPC17

El modelo jerrquico de objetos definido por OPC Foundation se representa en la

siguiente figura:

Figura N2.2 Modelo de Objetos del Servidor de Automatizacin OPC

La descripcin de cada uno de los objetos del modelo anterior, se presenta en la

siguiente tabla:

17 Tomado http://www.iespana.es/perl-es/OLE.htm


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Tabla 2.1 Descripcin de la coleccin de objetos de la especificacin OPC

OBJETO DESCRIPCIN

Servidor OPC Es una instancia de un servidor OPC. Se debe crear un objeto Servidor

OPC antes de poder referenciar los otros objetos. Este contiene la

coleccin Grupos OPC y el objeto Buscador OPC.

Grupos OPC Es una coleccin de los objetos Grupo OPC que el cliente ha creado.

Grupo OPC El propsito de este objeto es mantener la informacin de estado y

proveer el mecanismo para ofrecer los servicios de adquisicin de datos

por la coleccin de objetos tem OPC.

tems OPC Es una coleccin que contiene todos los objetos tem OPC que el cliente

ha creado.

tem OPC Es un objeto que mantiene la definicin de los tems, sus valores, estados

y datos de la ltima actualizacin.

Buscador OPC Es un objeto que permite buscar nombres de tems en un servidor

configurado.

Un servidor de acceso a datos OPC est formado por varios objetos: el servidor, el

grupo y el elemento. El servidor de objetos OPC ofrece informacin sobre el

servidor y sirve como un contenedor de grupos de objetos OPC. El grupo de objetos

OPC mantiene informacin acerca de s mismo y proporciona los mecanismos para

contener y organizar lgicamente los elementos OPC; los grupos OPC proporcionan

una forma para organizar los datos de los clientes; por ejemplo, el grupo podra

representar los elementos en una pantalla particular del operador o a travs de un

informe; los datos pueden ser ledos y escritos, y las conexiones basadas en excepciones,

pueden ser creadas entre el cliente y los elementos en el grupo y pueden ser activadas y

desactivadas segn sea necesario; un cliente OPC puede configurar el porcentaje de los

datos que deben ser cambiados antes de la actualizacin.

Hay dos tipos de grupos, pblicos y locales (o privados); los pblicos se realizan

para ser compartidos entre varios clientes, mientras que los locales son privados para el


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cliente en cuestin. Existen interfaces especficas opcionales para los grupos pblicos;

dentro de cada grupo, el cliente puede definir uno o ms elementos OPC

Los elementos OPC representan conexiones a fuentes de datos dentro del

servidor; un elemento OPC, no es accesible por el cliente como un objeto. As pues, no

hay una interfaz externa definida para un elemento OPC; todos los accesos al elemento

OPC se realizan a travs del objeto grupo OPC que contiene el elemento OPC, o

simplemente el grupo en el que el elemento ha sido definido.

Asociado a cada elemento existe un valor, calidad y valor temporal. Los

elementos no son las fuentes de datos, slo son conexiones a ellas; el elemento OPC debe

ser entendido como la direccin de los datos, no como la fuente fsica actual de los datos

a los que la direccin referencia, puesto que la fuente real de los datos es el dispositivo

controlador, regularmente un PLC.

2.6 Compilador Grfico Delphi. 18Borland Delphi es un ambiente de Desarrollo Rpido de Aplicaciones (RAD:

Rapid Application Development) para el lenguaje ObjectPascal en el sistema operativo

Windows 95/98/NT/2000 es producto de BORLAND Corporation. Los sistemas RAD

estn orientados a facilitar la productividad en el desarrollo de software, a las velocidades

de procesamiento que brinda actualmente el hardware.

Algunas de las caractersticas que hacen de Delphi un sistema de alta

productividad y excelencia son:

Ambiente visual de desarrollo para aplicaciones controladas por intervenciones o eventos de usuario sobre interfaces grficas. Fcil integracin de informes y

grficos de gestin.

Lenguaje de programacin de excelencia en estilo y expresividad: ObjectPascal. ObjectPascal de Delphi es un Pascal Orientado a Objetos (OO), completamente

comprometido con el modelado de objetos.

Proporciona una jerarqua muy extensa de Clases de Objetos reusables y extensibles, con recursos de computacin visuales y de procesamiento.


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En las versiones Professional y Enterprise, Delphi ofrece clases para el desarrollo de aplicaciones en Internet soportadas por TCP/IP, para aplicaciones distribuidas.

Tambin con soporte a los modelos de distribucin de objetos COM, DCOM y

CORBA.

Componentes integrados dentro del lenguaje, lo que reduce considerablemente la utilizacin de libreras y controles externos, por lo tanto menos problemas para el

usuario.

Tratamiento de errores mediante excepciones. Soporte avanzado de Bases de Datos mediante BDE (Borland Database Engine),

ADO (ActiveX Database Objects, tecnologa de Microsoft de acceso a Bases de

Datos e Internet) , finalmente InterBase Express, acceso nativo a InterBase, para

desarrollo Cliente/Servidor off-line.

Componentes compatibles con Microsoft Office. Facilidad en la distribucin de aplicaciones con el InstallShield Express.

Bsicamente, estas descripciones tcnicas, lo que quieren decir para esta

aplicacin es que esta herramienta (Delphi), permite extraer la informacin de un

servidor OPC que se comunica con PLC con un protocolo determinado y por medio de

los enlaces OLE de Windows, realiza una aplicacin grfica de monitoreo estilo SCADA

en donde refresca constantemente los datos transmitidos, creando as una interfaz HMI.

Los elementos utilizados para este tipo de aplicaciones (las anteriormente

citadas), dependen de herramientas tales como OLE y ActiveX Database Objects 19

(nueva tecnologa de acceso a datos), tanto como funciones (eventos) drag and drop,

entre otros.

Este tipo de aplicaciones son una buena muestra de tecnologa y hace uso de

innumerables elementos, por lo que una plataforma como Delphi es de gran utilidad al

poseer todo este tipo de operaciones de avanzada.

18 Tomado de http://afrodita.faces.ula.ve/MartaSananes/Cursos/Delphi/ y http://leo.worldonline.es/acanudas/pdf/dp5intro.pdf 19 Microsoft ActiveX Data Objects (ADO) es una interfaz basada en Automatizacin para obtener acceso a datos. ADO utiliza la interfaz de OLE DB para tener acceso a un amplio conjunto de orgenes de datos, incluyendo pero no limitndose a los datos proporcionados mediante ODBC. Tomado de http://www.sqlmax.com/ado.asp


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CAPTULO 3: Desarrollo de una Interfaz HMI Debido a que todos los PLCs son diferentes tanto en caractersticas de Hardware

como de Software este captulo es dedicado al conocimiento y descripcin del modelo de

PLCs M90, empezando desde una resea de la compaa desarrolladora de este tipo de

controladores, hasta el propsito del proyecto, la implementacin de la aplicacin

SCADA para este PLC. Por lo que se tratarn temas tales como especificaciones tcnicas

elctricas en su mayora, hasta la descripcin de los registros internos de este aparato.

3.1 Breve resea de la compaa Unitronics

20Unitronics Ltd. es una compaa de tecnologa avanzada, cuya especializacin

particular es en el rea de produccin de Controladores Lgicos Programables (PLC),

cerebros de la computacin que hacen posibles las lneas de produccin automatizadas.

Su personal abarca a cuarenta personas de gran conocimiento, del sector de alta

tecnologa israel. Entre los aspectos ms destacados es el departamento R y D, esta

compaa se ha sostenido en el filo de la investigacin tcnica y el desarrollo. Desde

1989, Unitronics ha introducido muchos productos innovadores que han revolucionado el

acercamiento a la produccin de las lneas de automatizacin.

Entre sus productos destacados estn el WebPLC. Este dispositivo basado en

Internet transform el acercamiento de la industria a las comunicaciones de datos.

Unitronics entrega sus productos a travs de distribuidores en Europa, Amrica del sur,

Asia, y su subsidiaria surafricana.

Los productos han estado en servicio de plantas de compaas importantes tales

como: Coca Cola, Dannone, Elf Lub N.V., Campia Melkuni Mona, Agfa, Colgate-

Palmolive, Avena Quaker, Industrias Aeronuticas de Israel, Granja Frites, Heinz, Las

minas de oro de Klooftmine, y Nestl.

20 Tomado de www.unitronics.com y traducido al espaol por Alexander Barrantes Muoz.


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3.1.1 Misin

Su misin es hacer la automatizacin eficiente, comprable, y alcanzable.

El principal propsito de la produccin de la cadena de automatizacin es

producir mercancas sin la intervencin humana.

El equipo del R y D crea los nuevos dispositivos de la automatizacin (PLC)

combinando un conocimiento profundo de requisitos industriales y de la maestra tcnica

con el nico objetivo de la utilidad.

Los resultados son PLCs que cumplen constantemente el estndar para la industria

de la automatizacin. Los productos de Unitronics se utilizan en petroqumica,

automovilismo, procesamiento de alimentos, plsticos y textiles, energa y ambiente, del

agua y de aguas residuales, en cualquier campo donde se requieren procesos

automatizados.

3.1.2 Historia de sus productos

En esta compaa dentro de sus grandes talentos destacan: la capacidad de

desarrollar nuevas tecnologas y de utilizarlas para construir dispositivos rentables que

ofrecen funcionalidad excepcional.

Unitronics irrumpi en el campo de la automatizacin industrial en 1989 con el

revolucionario ADP86. Este dispositivo (PLC) era ms rpido que cualquier producto de

la competencia. Tambin tena otras dos caractersticas importantes: protocolos de

comunicaciones flexibles y habilidades programables de trabajos mltiples.

Increblemente el ADP86 posea un precio de $5.000, donde los productos de

competencia con menor funcionalidad valan $15.000 o ms.

En 1992, Unitronics hizo una brecha pica en tecnologa de la automatizacin. Se

cre el ltimo PLC de uso fcil, el OPLC. Las series de OPLC combinan paneles de

operacin y PLCs en un solo dispositivo unificado, fcil de programar y operar.

El OPLC sobresali y cambi radicalmente la automatizacin. Unitronics

refin y desarroll una gama completa de dispositivos OPLC, apuntando a un lugar de

mercado especfico en el mundo de la automatizacin.

El M90, lanzado en 1999, es el pinculo del desarrollo de OPLC, un paquete

minsculo que incluye grandes caractersticas.


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El ao 2000 trajo el WebPLC basado en Internet. WebPLC de Unitronics

estuvo conducido por la onda del Internet, la revolucin de las comunicaciones, en donde

el Internet entr en cada faceta de la vida pblica y privada.

El WebPLC, en las etapas finales del desarrollo, culmina al integrar lo mejor

de la nueva tecnologa en los productos.

3.1.3 Breve Organigrama de la compaa

Abajo se muestra un pequeo grfico del organigrama de la compaa Unitronics.

Figura N3.1 Organigrama de la Co. Unitronics

3.1.4 Puntos Claves

La materia prima ms importante es la gente. La llave a la automatizacin acertada es la comunicacin. El personal trabajador del R y D abarca las disciplinas de la ingeniera,

programacin, y comunicaciones.

3.1.5 Productos

Creacin de PLCs con interfaz integrado del operador. Las series del Controlador OPLC combinan paneles de operacin y PLCs en

un solo dispositivo unificado, fcil de programar y operar. Los paneles de

Operacin contienen una pantalla y un teclado de visualizacin. La pantalla de


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visualizacin se utiliza para exhibir mensajes, de modo que el PLC pueda

comunicarse con el operador que supervisa el proceso automatizado. El teclado

se utiliza para incorporar la informacin en el sistema y para iniciar funciones, de

modo que el operador pueda comunicarse con el PLC corriendo el proceso

automatizado.

3.2 La familia de productos de Unitronics

Los dispositivos campo-endurecido son utilizados para condiciones exigentes que

existen en industria pesada o ligera. Los productos de Unitronics son para satisfacer

cualquier proceso automatizado.

Controladores OPLC para los usos que requieren un interfaz del operador.

PLCs con configuraciones I/O internas.

PLC tradicionales

.Tarjetas de entrada-salida para el proceso de datos, para uso de aplicaciones de

automatizacin.

La familia de Controladores Unitronics, poseen los siguientes modelos:

Los Controladores con HMI son:

M310 M228 M218 M210

M216 M190 M90

Seguido del M90, Unitronics introduce una nueva serie de controladores, llamada Vision.

Hay tres tipos de controladores en esta serie:

Vision 230 Vision 260 Vision 280

Abajo se muestran tres de sus modelos.


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Figura N3.2 Familia de PLCs de Unitronics

3.2.1 Caractersticas generales de los productos

La familia de PLCs Unitronics poseen caractersticas generales comunes entre cada

modelo, abajo se describen las principales:

R.T.C. Reloj en tiempo real. Este reloj permite funciones especficas del reloj. El RTC tiene un respaldo de la batera de 7 aos.

Tamao del programa de 16K palabras. La cuenta de la palabra se hace segn la traduccin del programa de STL.

Tiempo de ejecucin. El tiempo de la exploracin es 0,5 microsegundos por un bit de operacin

Teclado. La tecla del modo de informacin (< i >) se utiliza solamente para mostrar a travs de las pantallas, la informacin de los sistemas de operacin. Para el Vision 260 se

tienen 33 teclas.

Pantalla. La serie Vision tiene una pantalla grfica. Se puede crear hasta 100 diferentes exhibiciones que acomodan hasta 60K de datos. Cada exhibicin puede contener el

texto libre, bmp (mapa de bits) y variables.

En cada exhibicin se puede agregar hasta 16 variables. Las variables pueden venir en forma de texto o representado por una imagen del valor del bit del estado, de las listas,


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del tiempo y la fecha, y de los valores de los contadores.

VisiLogic permite al programador: Construir la aplicacin del PLC usando elementos y funciones click-and-drop en el VisiLogic.

3.2.1.1 El modo de informacin

El modo de informacin (Info.) es una ventana dentro del controlador. Permite que un operador compruebe y cambie los valores especficos almacenados dentro

de un controlador sin la necesidad de una PC o del software U90.

El modo del Info. es seleccionado presionando la tecla < i > por varios segundos. 3.2.1.2 La estructura de memoria de la serie M90

La estructura de memoria de la serie M90 es constituida por 4 elementos:

MB, Bit de Memoria. Puede ser 1 o 0 lgico. SB, Bit del Sistema. MI, Enteros de Memoria. Registro de 16 bits (15 + signo) que puede ser cualquier

nmero entero dentro de la gama -32768 a +32767.

SI, Enteros del Sistema. Registro de 15 bits controlado por el sistema que puede ser cualquier nmero entero dentro de la gama -32768 a +32767.

El SI y el SB son una clase de interfaz entre el sistema de operacin y el programador (o

una aplicacin).

Toda la memoria de la serie Vision es respaldada por una batera.

Otros operandos que participan en la estructura de memoria son:

I, Entradas . O, Salidas. T, Temporalizadores. #, Nmeros directos.

MB y MI - un total de 256 de cada uno. Los primeros 16 MBs y MIs estn bajo respaldo de bateria.

Temporalizadores - un total de 64.


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Entradas y Salidas - segn la configuracin de hardware. La serie M90 trabaja con memoria flash. La memoria flash es ms estable porque no es

dependiente en una fuente de alimentacin.

Un procedimiento de la transferencia directa consiste en:

Ladder HMI Temporalizadores Variables Configuracin del Hardware Configuracin del Modem SMS

La serie M90 permite la descarga en marcha .

Los procesos de descarga en los controladores de Unitronics ocurren en una memoria

RAM y desde ella van al flash mientras que la mquina todava funciona.

Solamente una descarga de un cambio en la configuracin del hardware o un bloque de la

funcin conducir a la parada y al reajuste del controlador.

3.2.1.3 Variables

El M90 tiene 50 variables diferentes. Las mismas variables pueden ir en muchas

pantallas diferentes y cadenas de caracteres SMS. Las variables binarias permiten que el usuario

agregue el texto a la pantalla de la serie M90 segn el estado de cierto bit. Este bit puede ser un

MB, SB, I, O un contador de tiempo. Para evitar problemas de memoria slo se puede

introducir 6 caracteres por cada opcin.

La variable Entera permite que el usuario pueda leer o escribir el valor de cierto registro

desde la memoria del controlador, estos enteros de slo lectura pueden ser un MI o un SI.

Los lmites de la linearizacin y de la entrada son parte del trabajo que el sistema de

operacin hace para el usuario.

Este nmero entero puede ser cualquier tipo de datos, construido con la ayuda de una

contrasea para pantallas que llevan a cabo informacin sensible.


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3.2.1.4 Comunicacin

La serie M90 tiene 2 puertos de comunicacin posibles:

1 puerto serial RS232

1 CANbus

Puerto Serial

Se utiliza el puerto serial para descargar aplicaciones en el PLC M90. El puerto serial

trabaja con:

RS232 RS485 + convertidor

El M90 es un esclavo en una red de comunicacin serial.

El puerto serial se comunica con el PLC M90 usando el protocolo Pcom de Unitronics.

El Pcom es un protocolo cerrado, lo que significa que no se puede agregar funciones a l. Sin

embargo, se da libremente como OCX con toda la documentacin de modo que cualquier

persona pueda ponerla en ejecucin en una aplicacin en su PC.

Uso del protocolo Pcom

Una PC puede hablar con un PLC M90 en una de dos maneras:

Implementando un protocolo en una aplicacin en la PC. Usar una aplicacin de un servidor DDE. Usar una aplicacin de un servidor OPC. El M90 no puede inicializar la comunicacin en una comunicacin serial. El puerto serial es

tambin un puerto de acceso remoto y un dispositivo de conexin.

Puerto de CANbus

La Serie M90 tiene un puerto CANbus.

El Unitronics CANbus corre en la misma capa fsica que el A.B. DeviceNet pero en un

diferente protocolo.

El puerto de CANbus se puede utilizar de 3 maneras:

Para conectar 32 unidades con uno de los grandes controladores Unitronics. Para conectar una red de hasta 63 unidades con una PC.


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Para conectar una red de hasta 64 unidades entre s. El puerto CANbus est situado al lado del controlador.

3.3 Caractersticas Generales del M90 OPLC 21El M90 Es un PLC compacto con I/Os integrados e interfaz grfica de operador.

La siguiente tabla describe brevemente, la cantidad, simbologa y otras caractersticas de

los registros internos del M90.

Tabla 3.1 Descripcin de registros internos del M90

Smbolo del tipo de Dato Smbolo Smbolo del tipo de Dato Smbolo Bits de Memoria (bobinas): 1024

MB Contadores: 64, 16 bit

T

Enteros de Memoria (registros): 256, 16 bit

MI Entradas: 512

I

Bits del sistema: 256

SB Salidas: 512

O

Enteros del sistema: 256, 16 bit

SI

Los tipos de datos del sistema, mencionados abajo, se ligan a ciertos valores o funciones

del controlador y son reservados para uso por el sistema. Algunos de ellos estn disponibles.

La interfaz RS232 est va los puertos seriales del tipo RJ-11. La siguiente tabla muestra

la distribucin de sus pines.

Tabla 3.2 Distribucin de pines del puerto RS232

Diagrama Nmero de Pin Funcin 1 Desconectado 2 Referencia 0V3 Seal TxD 4 Seal RxD 5 Referencia 0V

6 Desconectado

21 Traducido de la gua del usuario del OPLC Vision 230


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La conexin PC-PLC se muestra en el siguiente grfico:

Figura N3.3 Conectando la PC con un Controlador

Anlogamente, la descripcin de conexin para el puerto CANbus, sigue la descripcin

de la siguiente tabla:

Tabla 3.3 Descripcin de conexin para el puerto CANbus

-V Fuente comn de 24V para CANbus L CAN low PE Tierra H CAN high +V Fuente de 24V para CANbus.

Con respecto al modo de informacin, una descripcin ms detallada de las categoras

que se pueden acceder por medio de l, se describe en la siguiente tabla.


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Tabla 3.4 Categoras de informacin que se pueden alcanzar en el modo de Informacin

Categora Tema Acciones Posibles Entradas Ver estado de las entradas

Forzar el estado de las entradas a 1 (FR1) o 0 (FR0). Los valores forzados permanecen en efecto hasta que se selecciona el modo normal (NRM), o hasta el controlador se inicializa o reajuste. Los valores forzados de las entradas no afectan su programa. Esto puede ser til en la prueba del efecto de una condicin de la entrada en un estado de la salida

Salidas Ver estado de las salidas Forzar el estado de las salidas a 1 (FR1) o 0 (FR0). Los valores forzados de las salidas no afectan su programa. Set/Reset el estado de la salida

Bits de Memoria Bits del Sistema

Ver el estado de los bits. Cambiar el estado de los bits (Set/Reset).

Tipos de Datos

Contadores Entrar el valor del tiempo preestablecido Ver el valor y el estado actuales del contador de tiempo seleccionando la opcin de R.T.

Modelo y Versin O/S

Revisar el nmero de modelo del controlador y la versin del sistema operativo Revisar si el controlador est en modo de funcionamiento o de parada

Modo de Trabajo Revisar si el controlador est en modo de funcionamiento o de parada Reajustar el controlador. Esto reinicia el programa; restaurando valores de encendido y todos los tipos de datos a excepcin de esos protegidos por el respaldo de memoria con la batera Inicializar el controlador. Esto recomienza el programa e inicializa todos los valores, restaurando los valores a 0 a todos los tipos de datos

Tiempo y Fecha Ver los ajustes del reloj en tiempo real (RTC). Observe que todos los ajustes del control del RTC estn basados en funciones de tiempo. Cambiar los ajustes del RTC va el teclado del controlador.

ID de la Unidad El nmero de ID de la unidad identifica la posicin en la red del controlador. Cambiar el nmero de ID. El nuevo nmero de ID ser recordado en efecto hasta que el controlador sea reiniciado. Quemar el nmero de ID dentro de la memoria FLASH del controlador. Esto es un cambio permanente.

Puerto Serial 1 Ver y editar los ajustes de comunicacin. Seleccionar cambiar o quemar los nuevos ajustes.

CANbus Baud Rate

Cambiar el baud rate del CANbus.

Sistema

Ajuste de la Pantalla Sensible al Tacto

Seguir la instrucciones de la pantalla.

Clave Nuevo Ajustar una nueva clave

3.3.1 Tipos de datos del sistema

Los tipos de datos especficos se ligan a los parmetros fijos y son inalterables por el

programa de usuario, tal como Bit de encendido SB 2. Se puede escribir en ciertos tipos de

datos. stos estn marcados con un asterisco (*), por ejemplo el ID de la unidad (SI 8). Todos

los SBs y SIs no listados son reservados para uso por el sistema.

Las siguientes tablas, muestran los registros del sistema y sus respectivas funciones y

han sido divididos por grupos de cada categora.


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Tabla 3.5 La funcin de los bits del sistema

Bits del sistema (SB) Funcin 0 Siempre 0 1 Siempre 1 2 Bit de encendido 3 Pulso de un segundo 4 Divide por cero 5 Salida(s) de corto circuito 5 Teclado activo 7 Pulso de 100ms 8 Batera baja 30 Entradas del teclado numrico HMI completo 31* Refrescar lo mostrado actualmente en la Pantalla LCD 32 Entradas del teclado numrico HMI en progreso 40-63 Teclas del teclado numrico 200*-215* Operadores de red 236 Error de comunicacin de red 237* Red desactivada 250 Entrada del teclado numrico dentro de los lmites 251 Entrada del teclado numrico excede los lmites

Tabla 3.6 Funciones de Bits del Sistema del teclado

Bits del Sistema

(SB)

Tecla del

Teclado

Bits del Sistema

(SB)

Tecla del

Teclado SB 40 SB 47

SB 41 SB 48

SB 42 SB 49

SB 43 SB 50

SB 44 SB 51

SB 45 SB 52

SB 46

SB 53


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Tabla 3.7 Funciones de los Enteros del Sistema

Enteros del Sistema Funcin 0 Tiempo de exploracin 6 Tecla actual presionada 7* Contraste del LDC (solo V280) 8* ID de la unidad 9* Intensidad de las luces del LDC 30* Segundos actuales, segn RTC 31* Tiempo actual, segn RTC 32 Fecha actual, segn RTC 33 Ao actual, segn RTC 34 Da actual, segn RTC 80 Estado del Modem: COM1 81 Cdigo de error del Modem: COM1 82 Estado del Modem: COM2 83 Cdigo de error del Modem: COM2 200*-201* Operadores de red 236 Cdigo de Comunicacin de red 237 Red: falla del ID de la unidad

3.3.2 Especificaciones Tcnicas

I/Os: integrados, se integran en el sistema va mdulos snap-in. o Entradas Digitales: 10 entradas PNP, voltaje nominal 24VCD con 3mA,

impedancia 8.4k, longitud del cable mayor a 100 metros.

o Entradas Analgicas: 10 bits, multi-rango de entrada de: 0-5V, 0-10V,0-20mA, 4-20mA. Mtodo de conversin aproximacin sucesiva. Impedancia mayor a

100k a voltaje constante y 250 a corriente constante.

o Salidas Digitales: 6 salidas de relee a 230VCA/24VCD tipo SPST-NO. Corrie

scada unitronics

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