Implementación de InterfazHumano-Maquina mediante WebIng.Alfredo Valdés Cárdenas, Dr. Ramon Gómez Jiménez, M.I. Francisco GerardoHernández RiveraFacultadde SistemasUniversidadAutónoma de [email protected].
[email protected]@uadec.edu.mx Contenido Introducción.
1 Situación Actual 3 Solución Propuesta. 4 Servidor OPC.. 5 API 6 Aplicación Web Cliente. 9 Bibliografía. 10 Introducción Enel área de automatización industrial, los controladores lógicos programables(PLC, del inglés Programmable Logical Controller) siempre han sido un factorimportante, dependiendo en ocasiones líneas de producción completas, o en elcaso de algunas plantas más pequeñas, el funcionamiento completo de la plantade un solo PLC. En la actualidad, el uso de redes Ethernet/IP (EthernetIndustrial Protocol) permiten la comunicación de manera transparente entredistintos dispositivos de la planta, los cuales incluyen Servo drives,variadores de frecuencia, electroválvulas, módulos de entrada y salida remotas,HMI y PLCs.
Figura 1 Controlador Lógico Programable marcaAllen-BradleyEluso de HMI (Interfaz Humano-Maquina, en ingles Human-Machine Interface) hapermitido que el usuario u operador del sistema de control o supervisión,interactúe con los procesos. Un HMI es, en consecuencia, el dispositivo o sistemaque permite la interacción entre la persona y la máquina. Tradicionalmenteestos sistemas consistían en paneles compuestos por indicadores y comandos,tales como luces pilotos, indicadores digitales y análogos, registradores,pulsadores, selectores y otros, que se interconectaban con la máquina o elproceso. En la actualidad, dado que las máquinas y los procesos, en general,están implementadas con controladores y otros dispositivos electrónicos quedejan disponibles puertas de comunicación, es posible contar con sistemas HMIbastante más poderosos y eficaces, y permitir una conexión más sencilla yeconómica con el proceso o máquinas. Figura 2 Interfaz Humano-MaquinaSCADA,acrónimo de Supervisory Control And Data Acquisition (Supervisión, Control yAdquisición de Datos) es un concepto que se utiliza en automatizaciónindustrial para describir al software que permite controlar y supervisarprocesos industriales a distancia.
Permite la interacción en tiempo real conlos dispositivos de campo (sensores y actuadores), y provee de toda lainformación que se genera en el proceso a automatizar (supervisión, control de calidad,control de producción, almacenamiento de datos, etc.).OPCes el método de conectividad de datos basado en los estándares más popularesdel mundo. Es utilizado para responder a uno de los mayores retos de laindustria de la automatización: cómo comunicar dispositivos, controladores y/oaplicaciones sin caer en los problemas habituales de las conexiones basadas enprotocolos propietarios. OPC no es un protocolo, sino más bien un estándar parala conectividad de datos que se basa en una serie de especificacionesgestionadas por la OPC Foundation.
Cualquier software que sea compatible conestas especificaciones OPC proporciona a usuarios e integradores conectividadabierta e independiente tanto del fabricante del dispositivo como deldesarrollador de la aplicación Cliente (Kominek, 2009). La topologíahabitual de una solución OPC consiste en Controladores (PLC) que se conectan aun servidor OPC mediante distintos protocolos de comunicación industrial comoEthernet/IP, Modbus, DeviceNet, CAN Open, Ethernet, RS232 o RS485 y envíandatos del proceso. El servidor distribuye los datos a través de un “DataHub”que cumple la función de un repositorio donde los sistemas SCADA puedenconsumir y manipular los datos. Figura 3 Topología típica de unasolución OPCSituación Actual Enla actualidad, el uso de los dispositivos móviles como los teléfonosinteligentes y las tablets ha ampliado la forma en la que interactuamos con elmundo que nos rodea, volviéndose una herramienta indispensable de nuestro día adía, sin embargo, el área de procesos de automatización industrial apenas estácomenzando a realizar su expansión dentro de esta área, de manera que lasaplicaciones disponibles hoy en día o son catálogos de productos o solo soncapaces de funcionar como monitores de variables del PLC mediante licencias ycapacitaciones costosas, restringidos a una sola plataforma. Comose mencionó antes, la interfaz humano-maquina es uno de los componentes demayor uso en un proceso industrial, aunque debido a su alto costo es difíciljustificar su uso en procesos más pequeños, perdiendo así una funcionalidad queimpacta en la facilidad de operación y mantenimiento.Elavance en los últimos años de las tecnologías web como HTML5, JavaScript,Node.JS, MongoDB, Express.
JS y Angular ha permitido que su integración conprocesos industriales se vuelva factible, brindando acceso ubicuo a los sistemasSCADA.Solución Propuesta Eldesarrollo de una aplicación web que utilice la tecnología OPC permitiría laimplementación de interfaces humano-maquina en cualquier proceso. Al utilizartecnologías de software libre y de código abierto como Node.JS, MongoDB,Express.JS y Angular (Conocido de manera popular como MEAN stack) el costo dedesarrollo de esta solución es considerablemente menor al de una HMI típica, lacual incluye el dispositivo de hardware para la visualización de los datos y lalicencia de software para desarrollar la interfaz, los cuales suelen tener unprecio que ronda por los 4000 USD y 6800 USD respectivamente.
Laaplicación propuesta incluye los siguientes módulos de software:· APIpara comunicación entre el servidor OPC, la base de datos y la aplicación web cliente· Basede datos en MongoDB para el almacenamiento de datos históricos del proceso ycredenciales de inicio de sesión del panel de administración de la API· Aplicaciónweb cliente, el cual cumple la función de la HMI, la cual es posible ejecutardesde un teléfono inteligente, una laptop, computadora de escritorio o Tablet.Comodemostración de la factibilidad de la solución se realizó una interfaz para elcontrol de la velocidad, el arranque, paro e inversión de un motor de corrientealterna trifásico instalado en el área de automatización del laboratorio deelectrónica de la Facultad de Sistemas de la Universidad Autónoma de Coahuila.El motor está conectado a un variador de frecuencia marca PARKER, el cual escontrolado mediante un PLC Allen-Bradley CompactLogix L43. Figura 4 Topología de la aplicacióndemoServidor OPCElPLC se conecta a un switch Ethernet/IP de uso industrial Cisco Allen-BradleyStratix 8000. Se utilizo el servidor OPC de Kepware para acceder a los datosgenerados por el controlador, configurando el acceso con la dirección IPadecuada y se dieron de alta 4 variables: Variable Tipo Rango Velocidad Continua 0 -100 Aceleración Continua 0 – 100 Arranque Discreta 0,1 Dirección Discreta 0,1 Tabla 1 Variables de la aplicacióndemoCadaque el valor de la variable cambie, el servidor OPC enviara al endpoint de laAPI el valor nuevo. Dentro de las opciones del cliente se deberá de especificarla llave de escritura de la API para que la comunicación se pueda realizar demanera correcta. Figura 5 Especificación de la llave deescritura de la API en el servidor OPCAPI LaAPI se desarrolló utilizando Node.
JS y Express.JS. Se requiere de laconfiguración de una cuenta para su uso, lo cual garantiza que se puedan corrermúltiples instancias del servicio de manera paralela. Dentro del panel deadministración se pueden configurar las variables del proceso y se puedenvisualizar los datos históricos del mismo. Figura 6 Pantalla de Inicio de Sesiónen la API Figura 7 Pantalla principal de lapágina de administración de la API Figura 8 Alta de variables del procesoen la API Figura 9 Graficas históricas delproceso generadas por la APIAplicación Web ClienteLaaplicación cliente se desarrolló utilizando el framework de Ionic, el cual esuna combinación de HTML5 y TypeScript, cuyo propósito es el desarrollo deaplicaciones multiplataforma con una sola base de código. La aplicación que sedesarrolló se probó de manera exitosa en una computadora con Windows 7 yMozilla Firefox, así como un smartphone con Android 7.0. En esta versióninicial la aplicación funciona solo en red local, aunque se realizó una pruebamediante una VPN para probar la accesibilidad ubicua y la aplicación funcionosin ningún problema.
Figura 10 Aplicación Web, ejecutadadesde Android 7.0 Bibliografía Kominek, D. (2009). OPC: ¿De qué se trata, y cómo funciona? Makitron OPC. Obtenido de http://www.infoplc.net/files/documentacion/comunicaciones/infoplc_net_guia_para_entender_la_tecnologia_opc.pdf
