Simulador del proceso industrial

Escola Tècnica Superior d’Enginyeria Informàtica Universitat Politècnica de València SIMULADOR DE PROCESO INDUSTRIAL Proyecto Final de Carrera Ingeniería Técnica en Informática de Gestión Autor: Manuel Lora Hermán Director: Antonio Martí Campoy Septiembre 2012 SIMULADOR DE PROCESO INDUSTRIAL 2 3 Resumen El presente proyecto, se planteó como una futura implementación en el proyecto realizado en junio de 2007 por Miguel Carro Pellicer, y de título “PFC II-A-DISCA55/06 SIMULADOR DE TARJETA DE ADQUISICIÓN DE DATOS “NuDAQ / NuIPC 9112 Series”. Gracias a este proyecto, se consiguió que los alumnos de prácticas de la asignatura “Informatización Industrial”, dispusieran de una herramienta software que emulara esta tarjeta, lo cual les permitía el poder realizar sus prácticas en cualquier ordenador, tanto dentro como fuera de la UPV, sin necesidad de ningún hardware y sin coste alguno. Como parte de este proyecto y para demostrar el funcionamiento de esta tarjeta, Miguel Carro realizó una aplicación genérica con la cual se pudiera manejar la tarjeta, activando señales y recibiendo lecturas de esta. El proyecto que nos atañe pretende pasar de ese proceso genérico, a uno específico que simule un proceso industrial real. Como tal, se ha elegido un proceso de frío industrial en una planta dedicada al almacenamiento de alimentos en cámaras de refrigeración. Lo que se pretende, es que los alumnos dispongan de una herramienta software en la cual simular las situaciones reales que se dan en una instalación de estas características, y que puedan programar como debe actuar cada elemento, en función de los requisitos y las circunstancias de la planta. Todo ello obviamente, sin coste alguno y sin necesitar acceso a una instalación de este tipo. SIMULADOR DE PROCESO INDUSTRIAL 4 5 Tabla de contenidos 1 INTRODUCCIÓN ....................................................................................................... 7 2 OBJETIVOS .............................................................................................................. 9 3 ANÁLISIS DE REQUISITOS .................................................................................... 11 4 DISEÑO DEL PROYECTO ....................................................................................... 13 4.1 Mecanismos de intercomunicación de procesos .............................................. 13 4.2 Capa lógica de la aplicación .............................................................................. 17 4.3 Capa de la interfaz de usuario ........................................................................... 19 4.4 Tabla de entradas y salidas ............................................................................... 21 5 IMPLEMENTACIÓN............................................................................................... 23 5.1 Mecanismos de intercomunicación de procesos ............................................. 23 5.2 Capa lógica de la aplicación ............................................................................. 25 5.3 Capa de la interfaz de usuario .......................................................................... 26 5.4 Historial de versiones ...................................................................................... 30 6 PRUEBAS ................................................................................................................ 33 7 FUTURAS IMPLEMENTACIONES ........................................................................ 39 8 CONCLUSIONES ..................................................................................................... 41 9 AGRADECIMIENTOS ............................................................................................. 43 10 BIBLIOGRAFÍA ................................................................................................... 45 11 ANEXO 1: MANUAL DE USUARIO .....................................................................47 11.1 Introducción .....................................................................................................47 11.2 Manejo de la aplicación ................................................................................... 49 11.3 Tabla de entradas y salidas .............................................................................. 53 SIMULADOR DE PROCESO INDUSTRIAL 6 7 1 INTRODUCCIÓN El documento que tenemos a continuación sirve para presentar el trabajo realizado en el actual proyecto de final de carrera. En junio de 2007, Miguel Carro Pellicer presentó su proyecto final de carrera “Simulador de tarjeta de adquisición de Datos ‘NuDAQ / NuIPC 9112 Series’ ”, cuyo objetivo era implementar una serie de herramientas software que simularan el comportamiento de esta tarjeta. Dicho hardware era utilizado en las prácticas de laboratorio de la asignatura “Informatización Industrial”, perteneciente al cuarto curso de la titulación de "Ingeniero Industrial" y que se imparte en la Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales (ETSII). Además de usar la tarjeta “NuDAQ / NuIPC 9112 Series”, también requería un emulador hardware de procesos, conectado a dicha tarjeta. Los parámetros de entrada de la tarjeta eran modificados por el alumno a través del proceso y cargaba un programa de prácticas que realizaba tareas de configuración y obtención de datos de la tarjeta utilizando la librería de esta tarjeta. Dichas prácticas estaban compuestas por los siguientes elementos: 1. Tarjeta de adquisición de datos “NuDAQ / NuIPC 9112 Series” 2. Emulador hardware de procesos 3. Programa de prácticas del alumno 4. Librería de la tarjeta suministrada por el fabricante 5. Compilador de lenguaje C 6. PC Con todo esto, estaba claro que era muy complicado que el alumno dispusiera de todo este material para practicar en casa, debido a su coste. Por ello, Miguel Carro desarrolló unas herramientas software equivalentes a dicho hardware, quedando de la siguiente forma: 1. La tarjeta “NuDAQ / NulPC 9112 Series” fue simulada por una tarjeta virtual de adquisición de datos. 2. Un simulador software de procesos que permitía cargar y obtener datos de la tarjeta virtual. 3. El programa de prácticas del alumno no sufrió modificaciones, la compatibilidad siguió siendo exacta. 4. La librería de la tarjeta fue modificada, preparada para comunicar con procesos virtuales en lugar del hardware. 5. El mismo compilador y el mismo PC. SIMULADOR DE PROCESO INDUSTRIAL 8 Entre las futuras ampliaciones que proponía Miguel Carro en su proyecto, contemplaba la posibilidad de mejorar el proceso virtual existente añadiendo funcionalidades, o basar nuevos procesos virtuales en otras ideas. 9 2 OBJETIVOS El objetivo del presente proyecto consiste en desarrollar una aplicación gráfica que simule un proceso industrial, utilizando la tarjeta virtual y su librería, desarrolladas en su proyecto final de carrera por Miguel Carro Pellicer. Esta aplicación se comunicará única y exclusivamente con la tarjeta virtual de adquisición de datos, enviando y recibiendo información en voltios. La tarjeta virtual convertirá la información a digital y se la pasará a la librería. La intención es proporcionar a los alumnos un simulador de un proceso industrial, para que puedan realizar prácticas sin necesidad del hardware. También habrá que programar en lenguaje C una aplicación de consola, la cual será la única que utilice la librería de la tarjeta. Esta aplicación servirá para probar el correcto funcionamiento del simulador, y en el futuro se corresponderá con la aplicación que deberán hacer los alumnos en sus prácticas. En este caso, se ha elegido un proceso de frío industrial, en el cual se simulará el funcionamiento de una planta industrial, dedicada al almacenamiento de alimentos en cámaras de refrigeración. La intención es que los alumnos dispongan de una herramienta software en la cual simular las situaciones reales que se dan en una instalación de este tipo, y que puedan programar como debe de actuar cada elemento en función de los requisitos y las circunstancias de la planta. Con todo esto, podemos considerar que los objetivos que se deberán alcanzar serán los siguientes: 1. Desarrollar una aplicación software que simule un proceso de frío industrial. • Será desarrollada en el entorno de desarrollo Borland Delphi 7. • Deberá ser sumamente eficiente y más que apta para desempeñar las tareas a las que está destinada. • Deberá ser fácil de usar. • Deberá ser fácil de instalar. • Su funcionamiento deberá de corresponderse al proceso real que simula, salvo en los tiempos de actualización de las temperaturas, con el fin de evitar grandes esperas para ver los resultados de los cambios realizados. 2. Utilizando el lenguaje de programación C, realizar el programa que comunica con la librería de la tarjeta, el cual nos servirá para probar el correcto funcionamiento del simulador. SIMULADOR DE PROCESO INDUSTRIAL 16 o Evento de nombre “EventoRecibir”. Este evento se utiliza por motivos de sincronización, cada operación de envío de una trama con operaciones de salida será notificada por la tarjeta virtual. El hilo anteriormente mencionado “Hilo Datos Salida”, dedicado a recibir tramas de la tarjeta, será el encargado de esperar a que se de este evento, suspendiéndose mientras no se de el evento. o Evento de nombre “EventoEnviar”. Este evento se utiliza por motivos de sincronización. Cada vez que se actualiza un dato en el proceso virtual, éste debe enviar una trama de actualización a la tarjeta virtual. El evento suspenderá al hilo “Hilo Servidor de Actualizaciones” que comentaremos posteriormente. El proceso virtual notificará mediante este evento, que va a enviar una actualización de un dato en una trama, a través del tubo “tubotest2”. • Tarjeta virtual • Librería tarjeta Es necesario utilizar 2 tubos entre el proceso virtual y la tarjeta virtual, para evitar que se bloquee la aplicación, en el caso de que se superara el tamaño máximo del buffer, cosa que podría ocurrir, puesto que se realizan accesos a alta velocidad en ambos sentidos. Destinando un tubo a cada uno de estos procesos, evitamos este posible colapso. Para las comunicaciones entre la librería y la tarjeta, esto no es necesario porque las llamadas son completamente sincronizadas. La situación queda de la siguiente forma: PROGRAMA SIMULADOR AUTÓMATA LIBRERÍA TARJETA VIRTUAL TARJETA ADQUISICIÓN VIRTUAL SIMULADOR GRÁFICO FRÍO INDUSTRIAL tubolib tubotest tubotest2 PROCESO PRÁCTICAS ALUMNO 17 Si añadimos los hilos de programación y los eventos, el esquema quedaría de la siguiente forma: 4.2 Capa lógica de la aplicación Al hablar de la capa lógica, estamos hablando de cómo hemos planteado la lógica del programa, su estructura y los algoritmos de los protocolos utilizados. También tendremos en cuenta que variables emplearemos para almacenar la información. Hemos utilizado variables para guardar los manejadores de los tubos, los identificadores de los eventos y por supuesto para guardar los datos que se utilizan en los procedimientos y funciones encargados de las comunicaciones con la tarjeta. Por otro lado, hemos definido variables, para guardar los valores que se reciben de la tarjeta virtual y que posteriormente nos servirán para saber que imágenes debemos mostrar en cada momento. También hemos creado otras variables, para saber en todo momento en qué estado se encuentran ciertos elementos que son manipulados en la aplicación, bien sea por el propio usuario, como por ejemplo los diferenciales del cuadro eléctrico, o de forma automática, como las temperaturas de la cámara y el glicol. Otras variables que hemos utilizado, nos han servido para saber en cada momento que imagen tenemos cargada en pantalla. Esto nos servirá para poder realizar las animaciones de estas imágenes. TARJETA DE ADQUISICIÓN VIRTUAL Hilo Datos Salida Hilo servidor librería Esperando EventoRecibir Esperando EventoLibreria PROGRAMA TARJETA VIRTUAL TuboTest Hilo servidor actualizacione Esperando EventoEnviar TuboLib APLICACIÓN GRÁFICA FRÍO INDUSTRIA SIMULADOR GRÁFICO FRÍO INDUSTRIAL LIBRERÍA TARJETA VIRTUAL PROGRAMA SIMULADOR AUTÓMATA PROCESO PRÁCTICAS ALUMNO SIMULADOR DE PROCESO INDUSTRIAL 18 En la aplicación hemos definido un hilo, el cual se encargará de recibir las tramas que son enviadas desde la tarjeta virtual. Este hilo tendrá la siguiente estructura: a. Abrir evento para recibir datos de la tarjeta. b. Esperar evento c. Evento Recibido d. Leer datos de la tarjeta e. Decodificar orden f. Mostrar datos en el lugar correspondiente. Dado que el dato que se envía y se recibe de la tarjeta virtual, viene en formato de entero, pero en la aplicación se trabaja con los bits individuales, se han definido funciones que se encargan de realizar estas conversiones. Como ya es sabido, para el presente proyecto no tiene sentido que se ejecute la aplicación, sin que se ejecute la tarjeta, por ello cuando se crea esta, automáticamente se crea una tarjeta virtual asociada. De este modo, la tarjeta virtual será un proceso hijo de la aplicación y se comunicarán a través de los tubos. En la aplicación se ha pretendido que los elementos que intervienen en el proceso del frío, motor del compresor, ventiladores, bombas, etc., tengan un cierto grado de animación para que sea más visual la aplicación, y se tenga claro en todo momento su situación. Para realizar esto, no es posible simplemente actualizar su estado en función de la lectura de la tarjeta. Por ello, necesitamos un temporizador para que teniendo en cuenta el estado de cada elemento, alterne la carga de las imágenes, para simular movimientos. Para cada elemento, definiremos un procedimiento encargado de simular su estado, y el temporizador será el encargado de llamar a estos procedimientos. La estructura que tendrán estos procedimientos será: a. Comprobar el bit de marcha del elemento b. Si está en marcha, comprobar la imagen cargada y cargar la alternativa. c. Si no está en marcha, comprobar si está en avería. d. Si está en avería, comprobar la imagen cargada y cargar la alternativa para mostrar el estado de avería. e. Si no está en marcha ni en avería, cargar la imagen de parado. Otro punto delicado de la aplicación, es el simulado de los cambios de temperatura en el tanque de glicol y de la cámara. En la vida real, simplemente hay una sonda que recoge estas temperaturas y envía esa información al autómata, en nuestro caso la tarjeta virtual, y con esta información y los 19 parámetros de trabajo definidos actúa en consecuencia. En nuestro caso, debemos hacer que dependiendo de las circunstancias que se den en la aplicación, se produzca esa variación de temperatura y que posteriormente esta se envíe a la tarjeta como si fuera una lectura de la sonda. Para realizar esto, pondremos un temporizador que tenga en cuenta todas esas circunstancias y realice un cálculo aproximado de cómo podría variar esas temperaturas. Para hacer más ágil la aplicación se acortarán los tiempos de respuesta, ya que de hacerlo a tiempo real, se necesitaría mucho tiempo para ver la simulación. Para la temperatura de la cámara, este valor se calculará en función de la temperatura ambiente, de si está en marcha el ventilador de la cámara, de si está llena de género y si la puerta está abierta o cerrada. En el caso de la temperatura del glicol, este valor se calculará en función de la temperatura ambiente y de si está en marcha el circuito primario, controlado en este caso simplemente mirando si está en marcha el compresor. 4.3 Capa de la interfaz de usuario Se ha pretendido que el usuario tenga una clara una visión de los elementos que constituyen este tipo de instalaciones. Para ello, se han empleado dibujos realizados con detalle, basados en imágenes reales de cada uno de los equipos que intervienen en una planta de frío. Para empezar tendremos un cuadro eléctrico, en el cual habrá elementos en sus puertas y otros en su interior, para lo cual se ha dibujado con una de sus puertas abiertas. En la puerta visible tendremos un interruptor general, encargado de dar o quitar tensión a toda la planta. Al igual que ocurre en una instalación real, también existirá un selector que nos permita habilitar o no la cámara. En cuanto al interior, dispondremos de una serie de disyuntores que nos permitirán simular averías en cada uno de los equipos que se encargan de conseguir el frío que se precisa en la cámara. Para tener claro en qué estado se encuentra cada uno, cuando estén activos estarán pintados de color verde y en caso contrario estarán en rojo. Entre los equipos que representaremos tendremos un compresor, encargado de comprimir el gas que circula por el circuito. Para hacerlo más visual el motor de este cambiará de color en función del estado en el que se encuentre. Cuando esté parado será de color gris, cuando esté averiado será de color rojo y cuando esté en funcionamiento alternará entre dos tonos de verde. El siguiente elemento que nos encontramos en el circuito es el condensador. Este equipo precisa de unos ventiladores y una bomba de agua, SIMULADOR DE PROCESO INDUSTRIAL 20 para condensar el gas que recibe del compresor. Al igual que ocurría con el compresor, tanto los ventiladores como la bomba cambiarán de color en función de su estado y se utilizará el mismo criterio de colores que para el compresor. En el caso de los ventiladores, cuando estén en marcha, se verán girar las aspas, haciendo más real el proceso. A continuación tendremos el separador de amoniaco. En él tendremos una válvula de expansión, encargada de que el gas en estado líquido que se recibe del condensador, cambie de nuevo a estado gaseoso y por este cambio de estado se consiga que se enfríe drásticamente. Al tratarse de un circuito cerrado permanecerá en estado medio líquido medio gaseoso en el depósito. En este separador también podremos ver dibujado el intercambiador de placas, encargado de que este amoníaco líquido y superfrío, enfríe el agua glicolada que viene de su depósito y que se hace pasar por este elemento antes de recuperarla de nuevo en su depósito. Siguiendo el circuito llegaremos al depósito de glicol, en el cual tendremos un visualizador de su temperatura, así como 2 bombas, una en el circuito primario y otra en el secundario. La primera se encargará de hacer circular el agua glicolada por las placas del intercambiador para que esta se enfríe y la segunda se encargará de hacer circular esta agua fría por el circuito que llega hasta la cámara, para hacer llegar el frío a esta. Ambas bombas seguirán el mismo criterio de estados y colores que el resto de elementos explicados, para simular su funcionamiento. Para finalizar el circuito tendremos la cámara, encargada de almacenar el género que se desea enfriar. En esta tendremos unos ventiladores encargados de hacer circular aire entre el circuito de tuberías con agua fría que llegan desde el depósito de glicol, haciendo que este aire frío entre en la cámara. Además de esto tendremos opción de abrir y cerrar la puerta, puesto que el estado de esta influirá a la hora de simular la variación de temperatura dentro de la cámara. En el interior se ha colocado una seta de emergencia para avisar de que hay un hombre encerrado. Si esta es pulsada y la puerta está realmente cerrada, se activará una sirena en el exterior de la cámara para avisar de esto. Para el control de esta cámara se ha colocado en un lateral un control de temperatura. En este equipo podremos ver tanto la temperatura real de la cámara, como la consigna de marcha o la consigna de paro, según se haya seleccionado. Para realizar esta selección tenemos unos botones a la izquierda que nos permitirán cambiar esto y a la derecha tendremos otros, para subir o bajar de temperatura de las consignas de marcha y paro. Para simular el llenado de la cámara se ha situado un botón, con el cual podremos llenar o vaciar la cámara, según corresponda. 21 Por último, tendremos un control para simular los cambios de temperatura ambiente, la cual afecta directamente a la simulación de temperatura tanto en la cámara como en el glicol. 4.4 Tabla de entradas y salidas Para cada uno de los elementos de la aplicación que interactúan con la tarjeta virtual, debemos de asignarle su correspondiente bit o canal de la tarjeta. Esta relación la mostramos a continuación, indicando además su rango o el significado para cada uno de los estados, en el caso de las entradas y salidas digitales. Entradas digitales Bit Señal Estados 0 Interruptor general del cuadro eléctrico 1 - Conectado / 0 - Desconectado 1 Diferencial del compresor 1 - Ok / 0 - Avería 2 Diferencial del ventilador del condensador 1 - Ok / 0 - Avería 3 Diferencial de la bomba del condensador 1 - Ok / 0 - Avería 4 Diferencial de la bomba del circuito primario 1 - Ok / 0 - Avería 5 Diferencial de la bomba del circuito secundario 1 - Ok / 0 - Avería 6 Diferencial del ventilador de la cámara 1 - Ok / 0 - Avería 7 Sensor de puerta abierta 1 - Abierta / 0 - Cerrada 8 Seta de emergencia de hombre encerrado en cámara 1 - Activada / 0 - No activada 9 Paro/marcha de la cámara 1 - Marcha / 0 - Paro Salidas digitales Bit Señal Estados 0 Marcha compresor 1 - Marcha / 0 - Parado 1 Marcha ventilador del condensador 1 - Marcha / 0 - Parado 2 Marcha bomba del condensador 1 - Marcha / 0 - Parado 3 Marcha bomba del circuito primario 1 - Marcha / 0 - Parado 4 Marcha bomba del circuito secundario 1 - Marcha / 0 - Parado 5 Marcha ventiladores de la cámara 1 - Marcha / 0 - Parado Entradas analógicas Canal Señal Rango 0 Consigna de paro de la cámara -3ºC .. 40ºC 1 Consigna de marcha de la cámara -2ºC .. 40ºC 2 Temperatura de la cámara -5,75ºC .. 40ºC 3 Temperatura del depósito de glicol -12,75ºC .. 40ºC Hay que tener en cuenta que se ha simulado la lectura de temperatura utilizando unas sondas de temperatura que leen valores entre -40ºC y 60ºC y que habrá que realizar el correspondiente escalado. SIMULADOR DE PROCESO INDUSTRIAL 22 23 5 IMPLEMENTACIÓN 5.1 Mecanismos de intercomunicación de procesos Tal como se indicó en la parte de diseño, el presente proyecto requiere el desarrollo de una aplicación que representa gráficamente un proceso industrial. Tenemos claro que en este desarrollo, estamos utilizando la tarjeta virtual y su correspondiente librería, pero no es preciso entrar en el detalle de su funcionamiento, puesto que esto está claramente expuesto en el proyecto de Miguel Carro, desarrollador de este software. Por ello, en esta parte, entraremos en el detalle de las funciones que intervienen en la parte del simulador gráfico, y obviaremos la parte concerniente a la tarjeta y la librería. BOOL CreateProcess( LPCTSTR lpApplicationName, LPTSTR lpCommandLine, LPSECURITY_ATTRIBUTES lpProcessAttributes, LPSECURITY_ATTRIBUTES lpThreadAttributes, BOOL bInheritHandles, DWORD dwCreationFlags, LPVOID lpEnvironment, LPCTSTR lpCurrentDirectory, LPSTARTUPINFO lpStartupInfo, LPPROCESS_INFORMATION lpProcessInformation ); Utilizamos CreateProcess() para crear un nuevo proceso para la tarjeta virtual. De todos sus parámetros, el único que nos importa, es lpCommandLine, ya que es aquí donde especificamos que vamos a ejecutar la tarjeta. Esta tarjeta virtual, al ser creada desde la aplicación del simulador, será considerada un proceso hijo de este. DWORD WaitForSingleObject( HANDLE hHandle, DWORD dwMilliseconds); Utilizamos WaitForSingleObject() para esperar el evento “EventoRecibir”, pasado como primer parámetro hHandle. Pasaremos como segundo parámetro dwMilliseconds, “INFINITE” para que el intervalo de tiempo de espera nunca transcurra. HANDLE CreateThread( LPSECURITY_ATTRIBUTES lpThreadAttributes, DWORD dwStackSize, SIMULADOR DE PROCESO INDUSTRIAL 24 LPTHREAD_START_ROUTINE lpStartAddress, LPVOID lpParameter, DWORD dwCreationFlags, LPDWORD lpThreadId ); Con esta función CreateThread, crearemos un nuevo hilo pasando como parámetro lpStartAddress la función “ServidorPeticiones” que debe ejecutar, y como parámetro lpThreadId, el identificador del hilo. Este hilo, será el encargado de estar pendiente a la información que transmita la tarjeta virtual. BOOL WaitNamedPipe( LPCTSTR lpNamedPipeName, DWORD nTimeOut ); Utilizaremos esta función WaitNamedPipe, para conectar con los tubos “tubotest” y “tubotest2”, pasados en el parámetro lpNamedPipeName, que previamente se habrán creado en la tarjeta virtual. Si no se produce ningún error, la comunicación con la tarjeta estará establecida. HANDLE CreateFile( LPCTSTR lpFileName, DWORD dwDesiredAccess, DWORD dwShareMode, LPSECURITY_ATTRIBUTES lpSecurityAttributes, DWORD dwCreationDistribution, DWORD dwFlagsAndAttributes, HANDLE hTemplateFile ); Con la función CreateFile, abriremos el tubo pasado como parámetro lpFileName, como si fuera un fichero. Esta función será llamada, después de haber ejecutado WaitNamedPipe, ya que después de crear el tubo, hay que abrir el descriptor del fichero para poder escribir y leer en él. En la llamada, pasaremos como parámetro dwDesiredAccess, “GENERIC_READ or GENERIC_WRITE” y como parámetro dwCreationDistribution, “OPEN_EXISTING”, para indicar que queremos abrir el tubo ya existente, en modo lectura y escritura. BOOL ReadFile( HANDLE hFile, LPVOID lpBuffer, DWORD nNumberOfBytesToRead, LPDWORD lpNumberOfBytesRead, LPOVERLAPPED lpOverlapped ); Con esta función ReadFile, obtenemos del tubo indicado en el parámetro hFile, una cadena de caracteres de una tamaño especificado en el parámetro nNumberOfBytesToRead, y que se guardan en la variable pasada como parámetro 25 lpBuffer, devolviendo el número de bytes leidos, en la variable pasada como parámetro lpNumberOfBytesRead. BOOL WriteFile( HANDLE hFile, LPCVOID lpBuffer, DWORD nNumberOfBytesToWrite, LPDWORD lpNumberOfBytesWritten, LPOVERLAPPED lpOverlapped ); La función WriteFile, la utilizaremos para escribir en el tubo indicado en el parámetro hFile, la cadena de caracteres pasados como parámetro lpBuffer, y esta devolverá en el parámetro de salida lpNumberOfBytesWritten, el número de bytes que se han escrito. HANDLE CreateEvent( LPSECURITY_ATTRIBUTES lpEventAttributes, BOOL bManualReset, BOOL bInitialState, LPCTSTR lpName); Con la función CreateEvent, creamos los eventos “EventoEnviar” y “EventoRecibir”, pasando como parámetro lpName, cada uno de estos, y quedando referenciados ambos por su manejador. Estos eventos son unos objetos de sincronización que nos permitirán mantenernos a la espera, hasta que este evento se produzca. En nuestro caso, el “EventoRecibir” lo activarán la librería y la tarjeta, mientras que el “EventoEnviar” lo activaremos desde la aplicación, cada vez que necesitemos actualizar sobre la tarjeta alguna entrada digital o analógica. BOOL SetEvent( HANDLE hEvent ); Utilizamos la función SetEvent, pasando como parámetro hEvent, el id del “EventoEnviar”, cuando vamos a escribir en el tubo, para que la tarjeta sepa que debe leer lo que se escriba en este. 5.2 Capa lógica de la aplicación En la capa lógica del apartado del diseño, ya se ha detallado con bastante exactitud el funcionamiento de la aplicación. A nivel de implementación, habría que comentar que se han utilizado funciones del lenguaje de programación pascal, dentro del entorno de desarrollo Borland Delphi 7, por lo que tampoco será necesario una explicación completa de cómo está estructurado. SIMULADOR DE PROCESO INDUSTRIAL 32  Versión 29 de julio de 2012  Diseñado e implementado el algoritmo para simular la variación de temperatura en la cámara según las condiciones de temperatura ambiente, puerta abierta, cámara llena, …  Diseñado e implementado el algoritmo para simular la variación de temperatura del depósito de glicol según las condiciones de temperatura ambiente y compresor en marcha.  Versión 27 de agosto de 2012  Se incluye en el cuadro eléctrico el selector para el habilitado de la cámara. Se incluye esta señal en el programa de C.  Se acaban de dibujar las tuberías que faltaban así como la unión con sus respectivos elementos. Se cambian de posición algunos elementos para que quede más limpio el cruce de tuberías.  Dibujada la imagen para representar el género en la cámara.  Programado el evento “OnClick” del botón encargado del llenado y vaciado de la cámara.  Depuración de código fuente.  Versión 10 de septiembre de 2012  Solucionado problema en el algoritmo que simula la variación de temperatura del glicol.  Añadidas mejoras en la interfaz de usuario propuestas por el director del proyecto, agrandado el control de temperatura de la cámara para facilitar su manejo y su visualización.  Solucionado problema con el control de temperatura de la cámara, detectado por el director del proyecto. Se reemplaza el componente “TUpDown” encargado de modificar las consignas de marcha y paro, por unos botones “TSpeedButton”. Al utilizarse el mismo componente “TUpDown” tanto para el control de la consigna de paro como el de la consigna de marcha, hacía que se produjeran problemas al cambiar de control.  Corregido error en la temperatura de la cámara mostrada, cuando se llena o se vacía la cámara.  Depuración de código fuente  Versión final  Limpieza final de código. Eliminación de todo el código comentado por pruebas. Eliminación de todas las variables no utilizadas.  Versión final de la aplicación satisfaciendo todos los requisitos. 33 6 PRUEBAS Para probar el correcto funcionamiento del simulador gráfico, y que todos los elementos respondían adecuadamente ante los cambios que se realizaban en este, se ha realizado un completo programa en C, que representa lo que sería en una instalación real, un programa de un autómata, el cual se encarga de realizar el control de la planta. Este programa será un ejemplo del que tendrán que hacer los alumnos en el futuro, cuando realicen sus prácticas. Aquí se muestra el código de dicho programa, con sus correspondientes comentarios que facilitan la comprensión del mismo: int main(int argc, char* argv[]) { short card; short err; short salida; unsigned long digi; unsigned long analog; unsigned long salida_digital; unsigned long analogica; float consigna_paro; float consigna_marcha; float temperatura_camara; float temperatura_glicol; char interruptor_general = '0'; char dif_compresor = '0'; char dif_ventilador_condensador = '0'; char dif_bomba_condensador = '0'; char dif_bomba_primario = '0'; char dif_bomba_secundario = '0'; char dif_ventilador_camara = '0'; char puerta_abierta = '0'; int marcha_camara = '0'; int hombre_encerrado = 0; int marcha_primario = 0; int marcha_secundario = 0; int enfriar; int enfriar_glicol; printf ("\nHola\n"); card = Register_Card(PCI_9112, 0); if (card<0) { printf ("\error %d\n",card); SIMULADOR DE PROCESO INDUSTRIAL 34 } printf ("\n Este programa controla el proceso de frío industrial"); printf ("\n ******** PULSA UNA TECLA PARA CONTINUAR ************"); getch(); while (!kbhit()) { err = DI_ReadPort (card, 0, &digi); interruptor_general = (digi & 0x0001); dif_compresor = (digi & 0x0002); dif_ventilador_condensador = (digi & 0x0004); dif_bomba_condensador = (digi & 0x0008); dif_bomba_primario = (digi & 0x0010); dif_bomba_secundario = (digi & 0x0020); dif_ventilador_camara = (digi & 0x0040); puerta_abierta = (digi & 0x0080); if (digi & 0x0100) hombre_encerrado = 1; else hombre_encerrado = 0; if (digi & 0x0200) marcha_camara = 1; else marcha_camara = 0; salida_digital = 0; // Si no está activo el interruptor general no se hace nada, ya que la instalación no tiene corriente if (interruptor_general) { err = AI_ReadChannel (card, 0, 2, &analog); analog = analog >> 4; consigna_paro = (100.0*analog/4095)-40; err = AI_ReadChannel (card, 1, 2, &analog); analog = analog >> 4; consigna_marcha = (100.0*analog/4095)-40; err = AI_ReadChannel (card, 2, 2, &analog); analog = analog >> 4; temperatura_camara = (100.0*analog/4095)-40; err = AI_ReadChannel (card, 3, 2, &analog); analog = analog >> 4; temperatura_glicol = (100.0*analog/4095)-40; // Controlo si hay que hacer frío, teniendo en cuenta si la temperatura de la cámara está por // encima de la consigna de marcha indicada o parándolo cuando se alcanza la consigna de paro, // y siempre que esté habilitada la cámara desde el cuadro // Controlo si hay que enfriar el glicol, teniendo en cuenta si la cámara está habilitada y 35 // teniendo en cuenta que para enfriar a determinada temperatura, el glicol debe de estar como // mucho 8º C por debajo de esta if (marcha_camara) { if (temperatura_camara >= (consigna_marcha)) enfriar = 1; else if (temperatura_camara <= (consigna_paro)) enfriar = 0; if (temperatura_glicol >= (consigna_marcha - 8)) enfriar_glicol = 1; else if (temperatura_glicol <= (consigna_paro - 8)) enfriar_glicol = 0; } else { enfriar = 0; enfriar_glicol = 0; } // Si se para el compresor, la bomba del condensador o la bomba del primario, // se para el circuito primario, y se marca la alarma en cuestion. Si se para // el ventilador del condensador, mientras funcione la bomba no se para el circuito if (enfriar_glicol && dif_compresor && dif_bomba_condensador && dif_bomba_primario) marcha_primario = 1; else marcha_primario = 0; // Si están en marcha la bomba del secundario y el ventilador de la cámara, y la temperatura del // glicol no está por encima de la consigna de marcha - 8º, se mantiene en marcha el secundario if (enfriar && dif_bomba_secundario && dif_ventilador_camara && (temperatura_glicol < (consigna_marcha - 8))) marcha_secundario = 1; else marcha_secundario = 0; // Controlo los estados de las salidas digitales if (dif_compresor) { if (marcha_primario) salida_digital = salida_digital + 1; //marcha compresor } else salida_digital = salida_digital + 128; //avería eléctrica compresor if (dif_ventilador_condensador) SIMULADOR DE PROCESO INDUSTRIAL 36 { if (marcha_primario) salida_digital = salida_digital + 2; //marcha ventilador condensador } else salida_digital = salida_digital + 256; //avería eléctrica ventilador condensador if (dif_bomba_condensador) { if (marcha_primario) salida_digital = salida_digital + 4; //marcha bomba condensador } else salida_digital = salida_digital + 512; //avería eléctrica bomba condensador if (dif_bomba_primario) { if (marcha_primario) salida_digital = salida_digital + 8; //marcha bomba primario } else salida_digital = salida_digital + 1024; //avería eléctrica bomba primario if (dif_bomba_secundario) { if (marcha_secundario) salida_digital = salida_digital + 16; //marcha bomba secundario } else salida_digital = salida_digital + 2048; //avería eléctrica bomba secundario if (dif_ventilador_camara) { if (marcha_secundario) salida_digital = salida_digital + 32; //marcha ventiladores cámara } else salida_digital = salida_digital + 4096; //avería eléctrica ventiladores cámara // Si la puerta está cerrada y se pulsa el botón de hombre atrapado, hago sonar la sirena if (!puerta_abierta && hombre_encerrado) salida_digital = salida_digital + 64; //sirena hombre atrapado } err = DO_WritePort (card, 0, salida_digital); Sleep (100); } getch(); return 0; } 37 Para completar las pruebas en la aplicación gráfica, se han ido simulando las distintas situaciones que se pueden dar en una instalación de este tipo. Se han provocado averías en los elementos del circuito de frío, comprobando que el resto de elementos respondían de la forma esperada. En el caso de las temperaturas, se ha comprobado que la temperatura del glicol varía en función de las distintas condiciones ambientales, así como de que esté en marcha el circuito primario. Para las pruebas en la cámara se han simulado diferentes estados en esta, con y sin género, con la puerta abierta y cerrada, con el circuito primario o secundario parados por alguna avería, y por supuesto teniendo en cuenta en todo momento la temperatura ambiente, la cual afecta de forma directa a la velocidad con la que la cámara se enfría o calienta. Después de corregir los errores detectados, podemos concluir que se han pasado todos los test realizados y que tenemos una aplicación robusta y apta para cumplir con su cometido. SIMULADOR DE PROCESO INDUSTRIAL 38 39 7 FUTURAS IMPLEMENTACIONES Entre las posibles ampliaciones que se podrían realizar al presente proyecto podría estar el incluir más animaciones en los elementos. Por ejemplo, se podría hacer que las tuberías simularan el movimiento de los líquidos. También podría simularse distintos estados de carga de género en la cámara, para refinar aún más el algoritmo que simula la variación de temperatura de la misma. Por otro lado, para el tema de las averías en los elementos de la instalación, podría programarse que de forma aleatoria se produjeran fallos en estos, y que esto disparara el diferencial del cuadro, en lugar de simularlo pulsando directamente en este, como se está haciendo ahora. Incluso podría incluirse fugas de gases o incendios en la planta, que forzaran a repararlo de alguna forma para que todo volviera a la normalidad. En el controlador de temperatura del glicol, también podría incluirse un control similar al de la cámara, en el cual se pueda programar manualmente las consignas de marcha y paro, en lugar de hacerlo en función de lo programado en la cámara. Otra posible ampliación, que daría más realismo al simulador, sería el incluir más cámaras en la planta. De esta forma, se podría ver más claramente que ocurre en el circuito cuando hay demanda de frío de varias cámaras, tendría más sentido el poder habilitar o no desde el cuadro algunas de ellas, etc. SIMULADOR DE PROCESO INDUSTRIAL 40 41 8 CONCLUSIONES Cumpliendo con los requisitos propuestos, se ha realizado una aplicación que pondrá en manos de los alumnos una completa herramienta gráfica, que representa con gran exactitud el funcionamiento real de una instalación de frío industrial. Con ella podrán realizar sus prácticas tanto en los laboratorios como en sus propias casas, simulando las situaciones habituales que se dan en este tipo de instalación, sin tener que desplazarse a estas, y por supuesto sin tener que disponer de estos equipos, compresores, condensadores, etc., a los cuales obviamente no se tiene acceso salvo que trabajes para alguna empresa que se mueva en este sector. Se ha realizado el correspondiente control de versiones, documentando las mismas. La comunicación con el director ha sido lo suficientemente clara, para saber en todo momento el alcance del presente proyecto, y conseguir que se este se haya podido llevar a cabo en los tiempos previstos. En resumen, se ha alcanzado el objetivo fijado, disponiendo de una herramienta fiel al proceso que simboliza, un proceso de frío industrial. SIMULADOR DE PROCESO INDUSTRIAL 48 b. El secundario formado por los elementos: i. Recipiente de glicol (agua glicolada): Elemento que sirve de unión entre ambos circuitos, en el cual se almacena el agua glicolada. ii. Bomba de glicol: Bomba encargada de hacer circular el agua glicolada entre el recipiente de glicol y la cámara. iii. Ventiladores de la cámara: Encargados de impulsar aire a la cámara. Este aire se hace pasar a través del circuito de tuberías con el agua glicolada fría y consiguiendo que entre frío en la cámara. 49 11.2 Manejo de la aplicación A continuación vamos a detallar como podemos interactuar con los diferentes elementos de la instalación, la cual presenta el siguiente aspecto. Para empezar, para que se ponga en marcha el circuito, lo primero que se debe hacer es conectar el interruptor general del cuadro eléctrico, ya que sin corriente no funciona ningún elemento. También será necesario que se habilite la cámara, ya que si no se precisa enfriarla, no es necesario hacer frío. Con este botón de habilitado, se controla que no se malgaste energía enfriando una cámara en la cual no se prevé que se vaya a introducir género en breve. Se puede pensar que este botón es innecesario, puesto que para controlar esto se podría simplemente no activar el interruptor general del cuadro. Es este proceso simple que se propone es así, pero si pensamos en una instalación real, en la cual podrían haber varias SIMULADOR DE PROCESO INDUSTRIAL 50 decenas de cámaras distintas, este botón es necesario puesto que es bastante habitual que no se estén utilizando todas las cámaras, en todo momento. Para simular averías eléctricas en alguno de los elementos de la instalación, simplemente pulsaremos sobre los diferenciales del cuadro eléctrico para simular que ha saltado dicho diferencial. La misión del circuito primario es que el depósito de glicol tenga la temperatura necesaria para enfriar la cámara. Estará en marcha, mientras no haya una avería en alguno de sus elementos, no se alcance la temperatura del glicol necesaria para enfriar adecuadamente la cámara y la cámara esté en marcha. En el caso de que se produzca una avería en el ventilador del condensador mientras funcione la bomba es posible condensar, por lo que el circuito seguiría en marcha, aunque el ventilador se parará hasta que se solucione el problema. El circuito secundario es el encargado de conseguir que la cámara mantenga la temperatura deseada. Estará en marcha, siempre que la cámara esté en funcionamiento, su temperatura se encuentre por encima de la consigna de paro, no haya una avería en alguno de sus elementos y la temperatura del glicol sea suficiente para conseguir la temperatura deseada. Para simular la variación de la temperatura de la cámara, se ha tenido en cuenta si el ventilador está en marcha y la temperatura ambiente, dividiendo esta en franjas de 0ºC a 9ºC, de 10ºC a 19ºC, de 20ºC a 29ºC y de 30ºC a 40ºC. 51 También se tendrá en cuenta si la puerta está abierta o cerrada y si la cámara está llena o vacía. Cuesta más enfriar género que el aire de una cámara vacía. Para simular la variación de la temperatura del glicol, se ha tenido en cuenta si está en marcha el compresor (con controlar un elemento es suficiente, puesto que si falla alguno se paran todos) y la temperatura ambiente, dividida en las mismas franjas que para la temperatura de la cámara. A mayor temperatura ambiente, más lentamente se alcanza la temperatura deseada. Para alcanzar una determinada temperatura en la cámara, el glicol debe de estar 8º C por debajo de esa temperatura. Existen distintas formas de configurar esto. Una podría ser incluir una consigna de marcha y otra de paro, en el depósito de glicol, pero para simplificar, utilizaremos las mismas de la cámara teniendo en cuenta que para el glicol serán 8º C menos. Por ejemplo, si configuramos en la cámara una consigna de marcha de 5º C y una consigna de paro de 0º C, para el glicol utilizaremos una consigna de marcha de -3º C y una de paro de -8º C. La cámara dispone de un controlador, en el cual se puede visualiza la temperatura actual, así como configurar las consignas de marcha y paro. Utilizaremos las flechas de la izquierda para cambiar la temperatura que estamos visualizando, temperatura actual, temperatura de marcha o temperatura de paro. Utilizaremos las flechas de la derecha, para subir o bajar en un grado, la temperatura de marcha o paro, según la que se esté visualizando. En el interior de la cámara, existe una seta de emergencia para avisar de que hay un hombre atrapado. Si estando la puerta cerrada se pulsa esta, se activará la sirena que avisa de esto. SIMULADOR DE PROCESO INDUSTRIAL 52 Para abrir o cerrar la cámara, simplemente se pulsará sobre la puerta de esta. En la parte superior derecha de la pantalla, disponemos de un control para simular los cambios de temperatura ambiente. Para realizar esto, solo tendremos que utilizar la barra de deslizamiento. Para acabar, en la parte inferior derecha, existe un botón para simular el llenado y vaciado de la cámara con un género indeterminado. Simplemente pulsaremos sobre este para alternar entre llena o vacía. 53 11.3 Tabla de entradas y salidas A la hora de realizar el programa de prácticas, es absolutamente necesario saber la correspondencia entre cada uno de los elementos de la aplicación que interactúan con la tarjeta virtual y bit o canal de la tarjeta. Esta relación la mostramos a continuación, indicando además su rango o el significado para cada uno de los estados, en el caso de las entradas y salidas digitales. Entradas digitales Bit Señal Estados 0 Interruptor general del cuadro eléctrico 1 - Conectado / 0 - Desconectado 1 Diferencial del compresor 1 - Ok / 0 - Avería 2 Diferencial del ventilador del condensador 1 - Ok / 0 - Avería 3 Diferencial de la bomba del condensador 1 - Ok / 0 - Avería 4 Diferencial de la bomba del circuito primario 1 - Ok / 0 - Avería 5 Diferencial de la bomba del circuito secundario 1 - Ok / 0 - Avería 6 Diferencial del ventilador de la cámara 1 - Ok / 0 - Avería 7 Sensor de puerta abierta 1 - Abierta / 0 - Cerrada 8 Seta de emergencia de hombre encerrado en cámara 1 - Activada / 0 - No activada 9 Paro/marcha de la cámara 1 - Marcha / 0 - Paro Salidas digitales Bit Señal Estados 0 Marcha compresor 1 - Marcha / 0 - Parado 1 Marcha ventilador del condensador 1 - Marcha / 0 - Parado 2 Marcha bomba del condensador 1 - Marcha / 0 - Parado 3 Marcha bomba del circuito primario 1 - Marcha / 0 - Parado 4 Marcha bomba del circuito secundario 1 - Marcha / 0 - Parado 5 Marcha ventiladores de la cámara 1 - Marcha / 0 - Parado Entradas analógicas Canal Señal Rango 0 Consigna de paro de la cámara -3ºC .. 40ºC 1 Consigna de marcha de la cámara -2ºC .. 40ºC 2 Temperatura de la cámara -5,75ºC .. 40ºC 3 Temperatura del depósito de glicol -12,75ºC .. 40ºC Hay que tener en cuenta que se ha simulado la lectura de temperatura utilizando unas sondas de temperatura que leen valores entre -40ºC y 60ºC y que habrá que realizar el correspondiente escalado. SIMULADOR DE PROCESO INDUSTRIAL 54 En el programa de prácticas, dado un valor de una entrada analógica “v_analogica”, devuelto por la función “AI_ReadChannel”, este deberá ser escalado de la siguiente manera: v_analogica = v_analogica >> 4; valor_escalado = (100.0 * v_analogica/4095)-40;