PDF de programación - Tesis: Ricardo Valdes - DESARROLLO DE UNA INTERFAZ DE USUARIO PARA UN SISTEMA DE CONTROL DISTRIBUIDO

CENTRI C i INVESTISACieW Y it

ESTJ-f'ÏS mitt; ¡80S BEL

Ì. P. N.

B I B L I O T E C A
INGENIERIA ELECTRICA

CENTRO DE INVESTIGACION Y DE ESTUDIOS AVANZADOS

DEL INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL

( CINVESTAV )

DEPARTAMENTO DE INGENIERIA ELECTRICA

SECCION DE COMPUTACION

"DESARROLLO DE UNA INTERFAZ DE USUARIO PARA UN

SISTEMA DE CONTROL DISTRIBUIDO"

Tesis que presenta el Ing. Ricardo Othón Valdés Ramirez para
obtener el grado de MAESTRO EN CIENCIAS en la especialidad de
INGENIERIA ELECTRICA con opción en COMPUTACION.

Trabajo dirigido por el M. en C. José Oscar Olmedo Aguirre.

México D.F.

Enero 1991.

A mi madre, Guadalupe Ramírez Vda. de Valdés, que siempre me ha
apoyado y ha dedicado su vida a mis hermanos y a mi.

A mi padre, Othón Valdés Medina, a quien recuerdo con respeto y
cariño.

A mi hijo Ricardito, y a mi esposa Cristina Velasco Ramos.

A mis hermanos, Teresa, Roberto y Araceli.

A mi padrino, Bernardino Ramírez R.

AGRADECIMIENTOS

A los M. en C. Oscar Olmedo Aguirre, Feliú Sagols Troncoso y
Jorge Luis Alcántara Gómez Pineda por el interés y el tiempo
dedicado a este trabajo.

A mis compañeros y amigos por la ayuda y comentarios.

A la Lic. Beatriz Breña por la ayuda en la corrección de estilo
de este trabajo.

Al CINVESTAV, IIE y al Banco de México por el apoyo brindado para
la obtención de grado.

I N D I C E

ANTECEDENTES
OBJETIVO Y ALCANCE

1 . INTRODUCCION

de procesos

1.1 Breve historia de la computadora en el control
1.2 Variables de proceso
1.3 Tableros de control
1.4 Pantalla de rayos catódicos

1.4.1 Despliegues de información

2 . DESCRIPCIÓN FUNCIONAL DEL SISTEMA

2.1 Base de datos
2.2 Configuración del sistema para monitorear

2.3 Operación del sistema

variables de proceso
2.2.1 Configuración de sistemas
2.2.2 Configuración de subsistemas
2.2.3 Configuración de variables
2.2.4 Configuración de diagramas de proceso
2.2.5 Configuración de diagramas de
barras
2.2.6 Configuración de gráficas de tendencia
2.3.1 Diagramas de proceso
2.3.2 Diagramas de barras
2.3.3 Gráficas de tendencia
2.4.1 Protocolo de comunicaciones de los
2.4.2 Protocolo de

conrroladores SAC
los
controladores con microcontrolador 8051

comunicaciones de

2.4 Comunicación con los controladores programables

3. DISEÑO DEL SISTEMA

3.1 Menús de opciones del sistema

3.1.1 Menú principal
3.1.2 Estructura de datos de los menus
3.2 Diagramas de proceso
3.2.1 La utilización de "PCX Programmer's Toolkit"
3.2.2 Estructura de datos para los diagramas de
3.2.3 Biblioteca de funciones

proceso

1
3

6

6
7
9
10
12

1 6
17
23
24
24
25
25
26
27
27
29
3 0
31
32
35
38
41
42
43
44
45
45
46
51

3.3 Diagramas de barras

3.3.1 Matriz de grupos de barras
3.3.2 Biblioteca de funciones para diagramas de

barrras

3.4 Gráficas de tendencias

circulares

de

proceso

tendencias

para gráficas

3.4.1 Colas
3.4.2 Biblioteca de funciones
3.5.1 Información general de variables de
3.5.2 Valor de variables de proceso
3.5.3 Biblioteca de funciones
3.6.1 Estructura de datos para diagramas de
3.6.2 Biblioteca de funciones
3.7.1 Estructura de datos de subsistemas
3.7.2 Biblioteca de funciones

proceso

3.5 Variables de proceso

3.6 Sistemas de proceso

3.7 Subsistemas de proceso

4. APLICACIÓN DEL SISTEMA

4.1 Simulación de variables de proceso
4.2 Descripción del proceso de ejemplo
4.3 Protocolo de comunicaciones
4.4 Configuración del sistema

5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

5.1 Conclusiones
5.2 Recomendaciones

REFERENCIAS

56
56
59
61
62
64
66
66
67
68
69
70
71
72
72
73

76
76
77
79
79

81
81
32

83

a n t e c e d e n t e s

El impresionante desarrollo de la computación en los últimos años
ha influido definitivamente en la automatización de procesos
industriales.

En esta automatización se ha notado que un sistema de cómputo
mejora considerablemente, entre otras cosas, la comunicación
operador-máquina-proceso, ya que la proporciona mas comoda y
agradable debido a su rapidez y confiabilidad.

En la actualidad, la supervisión y el control del equipo
instalado en plantas industriales requiere el uso de computadoras
para que la eficiencia de éstas sea óptima. Esto se debe a que la
operación de las plantas es cada vez más compleja, debido a la
cantidad de información que se debe analizar para su operación
correcta.

Un uso practico de las computadoras ampliamente difundido en
plantas industriales son los sistemas para monitorear las
variables de proceso. El personal de operación de estas plantas
normalmente necesita monitorear continuamente variables como
presión, temperatura y nivel, entre otras, a fin de detectar
cualquier desviación anormal de su valor nominal (punto de
ajuste). Asimismo, también necesita detectar e interpretar
alarmas para la ejecución adecuada de los procedimientos de
operación.

Actualmente en algunas plantas industriales este nonitoreo se

1

realiza por computadora y la tendencia es que se incorpore en
otras con el propósito de aumentar la eficiencia o debido al
incremento en la complejidad de operación de la planta.

Existe en el mercado una gran cantidad de equipos que le brindan
al operador de plantas industriales estos sistemas de procedencia
extranjera, lo que trae consigo un elevado costo y problemas de
mantenimiento y respaldo técnico.

De lo anteriormente expuesto, nace la inquietud de desarrollar un
sistema con el cual se pueda monitorear el estado de las
variables de procesos industriales de una manera fácil, segura y
en tiempo real. El operador puede considerar este sistema de
monitoreo como una "ventana" hacia el proceso.

2

O B J E T I V O

Y

A L C A N C E

OBJETIVO

El objetivo de este trabajo es integrar un sistema que permita
observar las variables de un proceso industrial en una
computadora personal (PC), desarrollando los programas y
enlazando la PC a controladores programables por medio de su
puerto serie.

ALCANCE

Los programas presentarán la información de las variables de
proceso en la forma de:

- Diagramas de proceso
- Gráficas de tendencia
- Diagramas de barras

que son las más usadas para mostrar a los operadores de los
sistemas de control el estado del proceso en las plantas
industriales.

Para enlazar la PC (por su puerto serie RS-232 )
a los
controladores programables se empleará un convertidor RS-232/RS-
485 (véase la figura 1.1).

Este sistema tendrá la capacidad de ser modular de tal forma que

3

pueda expandirse y configurarse de acuerdo con las necesidades
requeridas por los usuarios. La configuración que proporciona el
sistema no es la definitiva; se puede modificar de acuerdo con
las necesidades o cambios que tenga la planta industrial.

El usuario podrá modificar la configuración del sistema de
monitoreo, pero también será el responsable de revisar que ésta
sea la que él espera.

El sistema para monitorear variables de proceso operará en
el sistema operativo MS-DOS, estará escrito en el lenguaje de
programación C y se utilizará el compilador Turbo C, versión 2.0.

Además se emplearán funciones de las bibliotecas:
Programmer's Toolkit" y "Turbo C " .

"PCX

4

COHTROLADOR
PROGRAMABLE

COHTROLADOR
PRO GR AHAB LE
FIGURA 1.1 SISTEMA PARA MONITOREAR VARIABLES DE PROCESO.

COHTROLADOR
PR O G R A H A B LE

1.

I N T R O D U C C I O N

1.1 Breve historia de la computadora en el control de procesos

El uso de computadoras en el control y automatización de procesos
se inició hace aproximadamente 30 años, a mediados de la década
de los cincuentas.

Un hecho importante es que el desarrollo de sistemas de control
por computadora fue una iniciativa más bien de los fabricantes de
computadoras y equipo electrónico, y no de la industria de
procesos. Esto acarreó un conjunto de problemas originados por el
desconocimiento de la problemática industrial, y su posterior
difusión. No fue sino hasta hace relativamente poco tiempo, al
aparecer los sistemas de control distribuido (DCS) y los sistemas
de adquisición de datos, que el uso de computadoras en el control
de procesos industriales empezó a tener éxito de manera
definitiva.

Antes de que aparecieran los DCS se realizaron considerables
cambios en el control de procesos (Williams, 1984). Estos cambios
se fueron presentando de acuerdo con el avance tecnológico,
especialmente la computación.

La primera computadora digital con sistema de control la
desarrolló la compañía Hughes Aircraft para la Fuerza Aèrea de
los Estados Unidos. Esta computadora se llamó DIGITAC y en 1954
controló con éxito un avión en vuelo.

Desde ese tiempo empezaron a surgir computadoras para el control

de procesos, pero la tecnología de la computación no ayudó lo
suficiente para que la computadora entrara de lleno en el control
de procesos. La creación del microprocesador hizo posible el
surgimiento del DCS y con esto se notó con más frecuencia y éxito
la presencia de la computadora en los cuartos de control.
Comúnmente los D C S 's están formados por tres elementos
princip