UNIVERSIDAD CATÓLICA DE CUENCA SEDE AZOGUES
Facultad de Ingeniería Electrónica ICROCONTROLADORES II
INVESTIGACIÓN
“APLICACIÓN DE ADQUISICIÓN DE DATOS Y SIMULACIÓN DE EVENTOS EN PROCESOS INDUSTRIALES” Aut!r" EDGAR FRANCISCO LOZADO CA#OVERDE #r!$e%!r" Ing& GONZ'LEZ REDROV'N TRA(ANO (AVIER
Azogues, 04 e D!"!e#$%e e &0'()
)
A*licación de Ad+ui%ición de Dat!% , Si-ulación de E.ent!% en #r!ce%!% Indu%triale% Edgar Franci%c! L!/ad! Ca-*!.erde 0 cicl! Ingeniería Electrónica Uni.er%idad Católica de Cuenca Sede A/!gue% Ca1ar2 A/!gue%2 343)3)2 Re*56lica del Ecuad!r $rancl!ca-78!t-ail&c!-
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Resumen* Aun cuand! l!% a.ance% en electrónica %!n in-en%!% , el -ercad! e%t: %aturad! de in%tru-ent!% , %en%!re% +ue *er-iten t!-ar , al-acenar dat!% al n! %er ec!nó-ic!% %igue e;i%tiend! la nece%idad de di%*!ner de a*arat!% +ue rec!*ilen , al-acenen in$!r-ación a 6a! *er
INTRODUCCIÓN L!% %ere% 8u-an!% !6tienen in$!r-ación del a-6iente +ue l!% r!dea a tra.?% de %u% %entid!%2 l!% %i%te-a% electrónic!% ad+uieren in$!r-ación utili/and! %en%!re%2 8!, en día e%t:n *re%ente% en t!da% la% acti.idade% del +ue8acer 8u-an!2 en l!% %i%te-a% *ara el c!ntr!l indu%trial de *r!ce%!%2 aut!-ó.ile%2 a.i!ne%2 a*arat!% -?dic!%2 a*arat!% electr!d!-?%tic!%2 etc& , %e 8an 8ec8! una *arte e%encial *ara el 6iene%tar de nue%tra% .ida%& El u%! de -!del!% de l!% %i%te-a% $í%ic!% *er-ite n!% e%tudiar un *r!6le-a %in tener la nece%idad de e;*eri-entar2 *er-itiend! a %u .e/ detectar $alla% , err!re% en l!% di%e1!%& A%í2 %e *ueden e.itar l!% rie%g!% de e;*eri-ent!%2 anali/ar c!-*!rta-ient!% , re%ultad!% de $!r-a %egura2 reducir c!%t!% de de%arr!ll!2 reali/ar an:li%i% de $alla%2 etc& @B@B
%u%tancia% , u6ic:nd!l! a una di%tancia %egura2 %e l! *uede reali/ar -ediante un -ani*ulad!r inal:-6ric! %i%te-a% -ec:nic!% +ue re*lacen el %er 8u-an! en dic8!% *r!ce%!% indu%triale%& @)B@B@0B@B
l! reali/an l!% c!ntr!lad!re% autón!-!% digitale% ,>! autó-ata% *r!gra-a6le% , e%t:n c!nectad!% a un !rdenad!r +ue reali/a la% $unci!ne% de di:l!g! c!n el !*erad!r2 trata-ient! de la in$!r-ación , c!ntr!l de la *r!ducción2 utili/and! el La nece%idad de l!% SCADA& @9B@B@0B@)4B %i%te-a% SCADA Su*erH .i%ión2 C!ntr!l , ARDUINO e% una Ad+ui%ición de Dat!% en la *lata$!r-a de 8ard=are actualidad2 en -uc8a% li6re2 6a%ada en una *laca a*licaci!ne% e% nece%ari! la c!n un -icr! c!ntr!lad!r , -edición , c!ntr!l en un ent!rn! de de%arr!ll!2 di%*!%iti.!% +ue %e di%e1ada *ara $acilitar el encuentren en /!na% de alt! u%! de la electrónica en rie%g! *ara el %er 8u-an! *r!,ect!% t!d! e%t! %u*er.i%ad! , -ultidi%ci*linare%& El c!ntr!lad! de%de un 8ard=are c!n%i%te en c!-*utad!r re-!t!& ui/: el una *laca c!n un %!$t=are -:% *!*ular e% NI -icr! c!ntr!lad!r At-el La6.ie= de6id! a +ue ?l e%t: AVR , *uert!% de e%*ecial-ente ela6!rad! entrada>%alida& L!% *ara e%te ti*! de -icr!c!ntr!lad!re% -:% a*licación& El *rinci*al u%ad!% %!n el inc!n.eniente de e%te At-ega)2 At-ega492 %!$t=are e% el alt! c!%t! de At-ega)932 AT-ega %u licencia2 re%tringiend! el *!r %u %encille/ , 6aKiring , el ele.ad!& @9B@JB cargad!r de arran+ue 6!!t l!ader +ue c!rre en la *laca& De%de !ctu6re de MARCO TEÓRICO SCADA e% una 93)92 Arduin! %e u%a c!n -icr! a*licación %!$t=are de ta-6i?n c!ntr!lad!ra% C!rte;4 de c!ntr!l de *r!ducción2 +ue +ue %e c!-unica c!n l!% AR de 49 6it%2 c!e;i%tir:n c!n la% -:% di%*!%iti.!% de ca-*! , c!ntr!la el *r!ce%! de $!r-a li-itada%2 *er! ta-6i?n aut!-:tica de%de la *antalla ec!nó-ica% AVR de 6it%& %!n del !rdenad!r2 *r!*!rci!na AR , AVR n! *lata$!r-a% c!-*ati6le% a in$!r-ación del *r!ce%! a di.er%!% u%uari!%" ni.el 6inari!2 *er! %e !*erad!re%2 %u*er.i%!re% de *ueden *r!gra-ar c!n el c!ntr!l de calidad2 -i%-! IDE de Arduin! , %u*er.i%ión2 -anteni-ient!2 8acer%e *r!gra-a% +ue etc& L!% %i%te-a% de inter$a/ c!-*ilen %in ca-6i!% en entre u%uari! , *lanta la% d!% *lata$!r-a%& E%! 6a%ad!% en *anele% de %í2 la% -icr! c!ntr!lad!ra% c!ntr!l re*let!% de C!rte;4 u%an 4&4V2 indicad!re% lu-in!%!%2 a di$erencia de la -a,!ría in%tru-ent!% de -edida , de la% *laca% c!n AVR *ul%ad!re%2 e%t:n %iend! +ue u%an general-ente V& %u%tituid!% *!r %i%te-a% @9B@B@0B@)4B digitale% +ue i-*le-entan el +u"!oes P%!"!-./es *anel %!6re la *antalla de un !rdenad!r2 el c!ntr!l direct! e SCADA
El de%arr!ll! de %ect!re% *r!ducti.!% relaci!nad!% c!n la indu%tria de *r!duct!% +uí-ic!% 6:%ic!%2 $a6ricación de *intura%2 6arnice% , *r!duct!% dere.e%ti-ient!2 $a6ricación de *r!duct!% $ar-ac?utic!%2 %u%tancia% +uí-ica% -edicinale%2 $a6ricación de *laguicida%2 *e%ticida%2 $ertili/ante%2 trata-ient! de de%ec8!% indu%triale% , !tr!%2 e;igen la -ani*ulación de -ateriale% ! %u%tancia% c!n%iderad!% c!-! *eligr!%a% *ara reducir e%t!% .al!re% de accidente% *!r c!nce*t! de -ani*ulación de %u%tancia% +uí-ica% , tó;ica% %e l! *uede 8acer , %e l! .iene reali/and! -ediante el e-*le! adecuad! de %i%te-a% E##ele-ent!% de *r!tección *er%!nal2 %in e-6arg!2 8acer una *r!*ue%ta alternati.a +ue *er-ita dar una %!lución de%de un *unt! de .i%ta -:% *r:ctic!2 e% decir retirand! al tra6a
4
H
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La Ad+ui%ición de dat!%2 *ara rec!ger2 *r!ce%ar , al-acenar la in$!r-ación reci6ida& @)4B Su*er.i%ión2 *ara !6%er.ar de%de un -!nit!r la e.!lución de la% .aria6le% de c!ntr!l& @)4B C!ntr!l2 *ara -!di$icar la e.!lución del *r!ce%!2 actuand! 6ien %!6re l!% regulad!re% autón!-!% 6:%ic!% c!n%igna%2 alar-a%2 -en5%2 etc& 6ien directa-ente %!6re el *r!ce%! -ediante la% %alida% c!nectada%& @)4B
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Tran%-i%ión2 de in$!r-ación c!n di%*!%iti.!% en e%ta ca%! arduin!& @)4B
H
a%e de dat!%2 ge%tión de dat!% c!n 6a
H
#re%entación2 re*re%entación gr:$ica de l!% dat!%& Inter$a/ del O*erad!r ! MI Mu-an ac8ine Inter$ace& @)4B
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E;*l!tación& De l!% dat!% ad+uirid!% *ara ge%tión de la calidad2 c!ntr!l e%tadí%tic!2 ge%tión de la *r!ducción , ge%tión ad-ini%trati.a , $inanciera& @)4B
de alar-a2 c!n regi%tr! de incidencia%& @)4B H
H
Generación de 8i%tóric!% de %e1al de *lanta2 +ue *ueden %er .!lcad!% *ara %u *r!ce%! %!6re una 8!
Rees !us%!./es1 La H ES2 dat!%2 an:li%i% de %e1ale%2 c!ntr!lad!re% #ID2 *re%entaci!ne% en *antalla2 e+ui*!% de -edida2 en.í! de re%ultad!% a di%c! e etc&& Suelen $!r-ar i-*re%!ra2 etc& @)4B c?lula% de $a6ricación& @)4B@)B@)B Ade-:%2 t!da% e%ta% acci!ne% %e lle.an a ca6! H Ni.el de LAN& Ni.el -ediante un *a+uete de %u*eri!r al anteri!r +ue $unci!ne% +ue inclu,e /!na% enla/a la% c?lula% de de *r!gra-ación en un $a6ricación& E%t: lengua
Fig& )& e-!ria EE#RO& @)B
P%es."!oes e Un *a+uete SCADA1 SCADA de6e de !$recer la% %iguiente%" @)4B H
#!%i6ilidad de crear *anele% de alar-a2 +ue e;igen la *re%encia del !*erad!r *ara rec!n!cer una *arada ! %ituación
De6en %er *r!gra-a% %encill!% de in%talar2 %in e;ce%i.a% e;igencia% de 8ard=are2 , $:cile% de utili/ar2 c!n inter$ace% a-iga6le% c!n el u%uari!& @)4B
H
H
De6en %er %i%te-a% de ar+uitectura a6ierta2 ca*ace% de crecer ! ada*tar%e %eg5n la% nece%idade% ca-6iante% de la e-*re%a& @)4B De6en c!-unicar%e c!n t!tal $acilidad , de $!r-a tran%*arente al u%uari! c!n el e+ui*! de *lanta , c!n el re%t! de la e-*re%a rede% l!cale% , de ge%tión& @)4B
Ni.el de LAN>KAN& Ni.el -:% *ró;i-! al :rea de ge%tión2 +ue integra l!% ni.ele% anteri!re% en una e%tructura de $:6rica ! -5lti*le% $act!ría%& E%t: $!r-ad! *!r !rdenad!re% , rede% de !rdenad!re%& @)4B@)B @)B
Fig& 9& Ar+uitectura O*erati.a de la C!-unidad ARDUINO *ara Ser.ici!% de Internet de C!%a% @)B MODELOS PROPUESTOS
2%.zo !./3#$%!"o -.%. -%o"esos !us%!./es e al ./o %!esgo)Retirar tra6a
Fig& )& Grad!% de -!.i-ient! de 6ra/!& @)B
Fig& 9& Grad!% de -!.i-ient! de 6ra/!& @)B
de -ani*ulación u L. -%!#e%., de$inió el !*eración -anual de circuit! i-*le-entad! *ara e+ui*!% indu%triale%2 la ad+ui%ición , el *r!gra-ación , c!ntr!l a ac!ndici!na-ient! de la tra.?% de #LC2 a*licación , %e1al EG2 +ue c!n%tó c!n!ci-ient! de %en%!re% de la% eta*a% de" de *!%ición , !tr! ti*! de *reHa-*li$icación2 $iltrad!2 %en%!re%2 -ani*ulación de a-*li$icación2 recti$icación .el!cidade% de !*eración& @4B de !nda c!-*leta , c!-unicación US& En L!% %i%te-a% e%te tra6a4 8!-6r! , +uiet!& @4B c!n centr! ti*! *unt! $l!tante e inter$ace de L. segu. %e de$inió -!nta
L. "u.%. %e de$inió c!-! la eta*a de c!ntr!l del 6ra/!2 d!nde el circuit! de *!tencia i-*le-entad! c!ntr!la la% electr!.:l.ula% del 6anc! 8idr:ulic! *ara !6tener la *!%ición del 6ra/! 8idr:ulic!2 el c!ntr!l de la% electr!.:l.ula% %!n del ti*! ON>OFF c!ntr!l %ecuencial&
Fig& 4& Grad!% de -!.i-ient! de 6ra/!& @)B
Au!s!"!5 6 -%o"es.#!eo e se7./es e#g -.%. "o%o/.% #o8!#!eo e u $%.zo 9!%3u/!"o) A tra.?% de e%te 6anc! de *rue6a% %e 6u%ca integrar .aria% %ecci!ne% en$!cada% ! dirigida% a de%arr!llar *r:ctica% de ti*! indu%trial en la% +ue inter.ienen di.er%a% :rea% c!-!" *r!ce%!% , lógica% en %i%te-a% !le! 8idr:ulic!%2 %i%te-a% de c!ntr!l , lógica ca6leada2 %i%te-a%
Fig& & ani*ulad!r 8idr:ulic!& @4B
Fig& & Diagra-a de 6l!+ue% de -et!d!l!gía de%arr!llada& @4B
Fig& & a #!%ición inicial del -ie-6r! %u*eri!r 6 Se1al EG regi%trada %in -!.i-ient! c *!%ición inicial del 6ra/! 8idr:ulic!& @4B
S!se#. e .u!s!"!5 e .os e $.:o "oso "o /. -/..;o%#. .%u!o) Caracterí%tica% de la *laca arduin! UNO& La *laca arduin! UNO e% un di%*!%iti.! +ue %e *uede c!-*rar ,a c!n%truid!2 8a, $:6rica% S-art#r!
Co%o/.%) El %i%te-a de ad+ui%ición de dat!% de 6a
Fig& & Ad+ui%ición de dat!%& @B
El %i%te-a de ad+ui%ición de dat!% *r!*ue%t! e%t: c!n%truid! en 6a%e a Arduin! ega 93 -icr!c!ntr!lad!r& El %i%te-a e%t: c!nectad! a un #C 8!%t a tra.?% de la c!-unicación %erie& #er-ite +ue el %i%te-a *r!*ue%t! *ara en.iar , reci6ir in$!r-ación a > de%de el !rdenad!r ! e%*ecí$ica-ente el %!$t=are ATLA , Arduin! IDE& La ad+ui%ición de dat!% %e *uede c!nectar -ediante un ca6le US c!nectad! al #C&
AN
-:+uina%2 *er$!r-ance2 H renta6ilidad2 *r!tección -edi!a-6iental , %eguridad tant! del 8!-6re c!-! de la -:+uina *ara !6tener -a,!r renta6ilidad&
@B De%arr!ll! de un Si%te-a de Ilu-inación Arti$icial Inteligente *ara Culti.!% #r!tegid!%& Fec8a" 93)& Di%*!ni6le en" 8tt*%">>ac&el%H cdn&c!->S)J00J)9)4334> )H%9&3HS)J00J)9)4334H -ain&*d$tidd)eedeaHdJ3dH ))e0HJ$)eH 33333aac649Qacdnat))9 3303)$a3$d)JJ)dJ$$00$J 6a3$ed3)4 @B Si%te-a de ad+ui%ición de dat!% de 6a>===&redal,c&!rg>*d$>94 )>94)JJ)33)&*d$ @B De%arr!ll! de un Si%te-a de Identi$icación de #r!ce%!% Indu%triale% en Línea& Fec8a" 93)& Di%*!ni6le en" 8tt*%">>re*!%it!ri!&e%*e&edu&ec>6i t%trea->9)333>>)>ACH EACHES#EH30J3&*d$ @0B De.el!*-ent !$ l!=Hc!%t realH ti-e data ac+ui%iti!n %,%te- $!r *r!ce%% aut!-ati!n and c!ntr!l& DOI" )3&))3J>ROA&93)&009 H La% e%tructura% , el Fec8a" JHFe6rer!H93)0& $luICRAECT&93)0&3 de *r!gra-a en Fec8a" 9HOctu6reH93)0& @JB I-*le-entati!n !$ a $!urH=8eel La6VIEK& En .ari!% dri.e agricultural -!6ile r!6!t *r!,ect!% c!-! l!% $!r cr!*>%!il in$!r-ati!n ca-6i!% en el .al!r de c!llecti!n !n t8e !*en $ield& DOI" te-*eratura2 el 6l!+ue )3&))3J>AC&93)0&0J04 #K utili/a en l!% Fec8a" 4H(uli!H93)0& ICC#CT&93)&0)J9 ten%ión %u-ini%trada la J Fec8a" )H(uli!H93)& .el!cidad del -!t!r @))B Unidad de ad+ui%ición de dat!% , -edición 6a%ada en #r!t!c!l! *uede .ariar& #!r l! de c!-unicación =i$i& Fec8a" 9H tant! la ad+ui%ición de a,!H93)9& Di%*!ni6le en" dat!% *uede %er 8tt*">>===&redal,c&!rg>8t-l> )>)9)093)9> i-*le-entad! en @)9B La i-*!rtancia de cual+uier ca-*! de la in%tru-entación& Di%*!ni6le" indu%tria& 8tt*%">>cl&!-ega&c!->*r!din$!>i n%tru-entaci!n&8t-l @)4B Intr!ducción a %cada& #aguina R E+ERENCIAS de a & De%cargad! de" 8tt*">>===&uc!&e%>gru*!%>eatc!> @)B ra/! inal:-6ric! *ara aut!-atica>i8->de%cargar>%cada *r!ce%!% indu%triale% de alt! &*d$ rie%g!& Fec8a" 43HDicie-6reH @)B De.el!*-ent !$ redundant 6u% 93)& Di%*!ni6le en" li6rar, $!r arduin! t! a**l, in 8tt*">>re.i%ta%&u%$+&edu&ec>inde;& SCADA %,%te-& Fec8a" 9H *8*>a.ance%>article>.ie=>90>9 Octu6reH93)& DOI" 0 )3&))3J>ICCAS&93)&J0J @9B Di%e1! e i-*le-entación de un @)B !deling *r!ce%%Ha=are %i%te-a %cada inal:-6ric! Internet !$ T8ing% %er.ice% !.er -ediante la tecn!l!gía /ig6ee , an ARDUINO c!--unit, arduin!& Fec8a" )Ha,!H93)& c!-*uting en.ir!n-ent& Fec8a" Di%*!ni6le en" 99HFe6rer!H93)0& DOI" 8tt*">>===&%ciel!&!rg&c!>*d$>*r! )3&94J)J>ICACT&93)0&0J330 %*>.)9n9>.)9n9a30&*d$ 0 @4B Ad+ui%ición , *r!ce%a-ient! de %e1ale% e-g *ara c!ntr!lar -!.i-ient! de un 6ra/! 8idr:ulic!& Fec8a" (uni!H93)& Di%*!ni6le en" 8tt*%">>dialnet&uniri!%er.let >articul!c!dig!J9J
#!de-!% decir +ue *ara +ue una -:+uina 6rinde %u% -e
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L!% %i%te-a% de ad+ui%ición de dat!% n! da *ar:-etr!% de c!ntr!l2 c!-! .aria6le% de *r!ce%! l!% cuale% -ediante un c!ntr!lad!r %e al-acenan l!% .al!re% de l!% *ar:-etr!% en la -e-!ria al -i%-! tie-*! +ue el u%uari! *uede .er , anali/ar la% lectura% !6tenida% en tie-*! real& E% *!r ell! +ue l!% %i%te-a% de ad+ui%ición de dat!% %!n -u, i-*!rtante% ,a +ue n! re+uiere +ue la *er%!na %e %ienta delante de una *antalla en t!d! -!-ent! ,a el *r!ce%! de -!nit!re! aut!-:tic!&
CONCLUSIONES La c!-unicación , -and! inal:-6ric! %e a*lica en -uc8!% de l!% *r!ce%!% indu%triale%2 c!n%ider:nd!%e actual-ente en i-*le-entaci!ne% r!6ótica% , andr!ide%2 *ara e.itar *!%i6le% rie%g!% al 8!-6re& Un %i%te-a SCADA inal:-6ric! utili/and! el Arduin! *er-ite de%arr!llar *r!,ect!% de in%tru-entación indu%trial a un 6a
