Estudio de un Administrador de Activos con instrumentación

UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR
Decanato de Estudios Profesionales
Coordinación de Ingeniería Electrónica
Estudio de un Administrador de Activos con
instrumentación Fieldbus Foundation
Por
Imad Marmoud Naser
Sartenejas, abril de 2008
UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR
Decanato de Estudios Profesionales
Coordinación de Ingeniería Electrónica
Estudio de un Administrador de Activos con
instrumentación Fieldbus Foundation
Por
Imad Marmoud Naser
Realizado con la Asesoría de
Prof. Gregorio Drayer
Ing. Rafael Bullones
INFORME FINAL DE CURSOS EN COOPERACIÓN
TÉCNICA Y DESARROLLO SOCIAL
Presentado ante la Ilustre Universidad Simón Bolívar
como requisito parcial para optar al título de Ingeniero Electrónico
Sartenejas, abril de 2008
UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR
Decanato de Estudios Profesionales
Coordinación de Ingeniería Electrónica
Optimización de un Administrador de Activos con
instrumentación Fieldbus Foundation
INFORME FINAL DE CURSOS EN COOPERACIÓN
TÉCNICA Y DESARROLLO SOCIAL presentado por
Imad Marmoud
0235133
REALIZADO CON LA ASESORIA DE Prof. Gregorio Drayer e Ing. Rafael Bullones
RESUMEN
Este trabajo presenta el uso de un Administrador de Activos para diagnosticar y administrar la
instrumentación en una planta, las ventajas que ofrece en comparación con las técnicas de
diagnóstico y la administración de instrumentos antes de la aparición de este tipo de
herramientas. Para esto se decidió utilizar el Administrador de activos de Yokogawa, llamado
“Plant Resource Manager” (PRM), junto con un controlador, un instrumento Foundation
Fieldbus y dos instrumentos HART de la misma corporación. Se observó la manera en la que
el PRM administra los instrumentos, de qué forma los diagnostica, se utilizó un programa de
diagnóstico llamado DTM Works, y se determinó que un Administrador de Activos mejora
notablemente el diagnóstico al hacerlo de manera remota además de facilitar al personal de
mantenimiento de una planta, la organización de los instrumentos. Esto último redunda en la
reducción de costos en los gastos de mantenimiento de una industria y el mantenimiento eficaz
y efectivo de los equipos que componen una planta.
PALABRAS CLAVES
Administrador de Activos, Diagnostico Industrial, Automatización, Foundation Fieldbus
____________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________
Sartenejas, abril de 2008
i
INDICE GENERAL
1.
INTRODUCCIÓN ........................................................................................................................................ 1
2.
OBJETIVOS.................................................................................................................................................. 5
2.1.
2.2.
3.
OBJETIVO GENERAL ............................................................................................................................... 5
OBJETIVOS ESPECÍFICOS ........................................................................................................................ 5
MARCO TEORICO ..................................................................................................................................... 6
3.1.
HISTORIA DE LOS TRANSMISORES .......................................................................................................... 6
3.1.1. Ventajas de los transmisores “inteligentes” .................................................................................... 7
3.2.
TECNOLOGÍA FOUNDATION FIELDBUS ................................................................................................... 8
3.2.1. ¿Qué es la tecnología Foundation Fieldbus?................................................................................... 8
3.2.2. Beneficios de la tecnología Foundation Fieldbus en las fases de una planta .................................. 9
3.2.3. Alarmas de los dispositivos FF....................................................................................................... 10
3.2.4. Foundation H1................................................................................................................................ 10
3.2.5. Modelo de Bloque Funcional.......................................................................................................... 11
3.2.6. Administrador de Activos ............................................................................................................... 12
3.3.
MANTENIMIENTO DE INSTRUMENTOS ................................................................................................... 13
3.4.
EL PRM COMO ADMINISTRADOR DE ACTIVOS ..................................................................................... 13
3.4.1. Tareas principales del PRM ........................................................................................................... 14
3.4.2. Jerarquía del PRM dentro de una Planta....................................................................................... 14
3.4.3. Dispositivos manejados por el PRM............................................................................................... 15
4.
MÉTODOS Y PROCEDIMIENTOS ........................................................................................................ 17
4.1.
CREACIÓN DEL SEGMENTO FIELDBUS FOUNDATION EN EL STARDOM .............................................. 17
4.2.
INTEGRACIÓN DEL PRM CON EL STARDOM ...................................................................................... 22
4.2.1. Conexión del PRM con el controlador STARDOM ........................................................................ 22
4.2.2. Instalación del PRM ....................................................................................................................... 22
4.2.3. Comunicación entre el PRM y el STARDOM ................................................................................. 23
4.3.
CREACIÓN DE LA ESTRUCTURA DE PLANTA EN EL PRM ....................................................................... 23
4.4.
PRUEBAS DEL PRM CON LOS INSTRUMENTOS FF................................................................................. 24
4.5.
PRUEBAS CON DISPOSITIVOS HART..................................................................................................... 28
5.
MATERIALES Y EQUIPOS UTILIZADOS........................................................................................... 30
5.1.
5.2.
6.
HARDWARE .......................................................................................................................................... 30
SOFTWARE ........................................................................................................................................... 33
RESULTADOS OBTENIDOS................................................................................................................... 34
6.1.
MUESTRA DE LAS CARACTERÍSTICAS DEL PRM ................................................................................... 34
6.2.
PRUEBAS CON EL INSTRUMENTO DEL SEGMENTO FF ............................................................................ 39
6.2.1. Pruebas del Grupo “A”.................................................................................................................. 39
6.2.2. Pruebas del Grupo “B”.................................................................................................................. 41
6.2.3. Pruebas del Grupo “C” ................................................................................................................. 43
6.2.4. Pruebas del Grupo “D” ................................................................................................................. 45
6.2.5. Pruebas del Grupo “E”.................................................................................................................. 47
6.2.6. Pruebas del Grupo “F”.................................................................................................................. 49
6.2.7. Pruebas del Grupo “G” ................................................................................................................. 51
6.3.
PRUEBAS CON LOS DISPOSITIVOS HART .............................................................................................. 54
6.3.1. Pruebas con el Transmisor EJA530A............................................................................................. 54
6.3.2. Pruebas con el Transmisor de Presión EJX110A........................................................................... 56
7.
DISCUSIÓN DE LOS RESULTADOS..................................................................................................... 58
8.
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ........................................................................................ 60
ii
9.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ...................................................................................................... 62
APÉNDICES......................................................................................................................................................... 63
A.
B.
C.
REQUERIMIENTOS DE LA PC PARA INSTALAR EL PRM.............................................................................. 63
GLOSARIO ................................................................................................................................................. 64
PROCEDIMIENTO DE INSTALACIÓN DEL PRM............................................................................................ 70
Configurar Windows..................................................................................................................................... 70
Desactivación de las funciones de Seguridad............................................................................................... 71
Instalar el PRM............................................................................................................................................. 74
Configuraciones luego de haber instalado PRM .......................................................................................... 76
iii
INDICE DE FIGURAS
Figura 1.
Figura 2.
Figura 3.
Figura 4.
Figura 5.
Figura 6.
Figura 7.
Figura 8.
Figura 9.
Figura 10.
Figura 11.
Figura 12.
Figura 13.
Figura 14.
Figura 15.
Figura 16.
Figura 17.
Figura 18.
Figura 19.
Figura 20.
Figura 21.
Figura 22.
Figura 23.
Figura 24.
Figura 25.
Figura 26.
Figura 27.
Figura 28.
Figura 29.
Figura 30.
Figura 31.
Figura 32.
Figura 33.
Figura 34.
Figura 35.
Figura 36.
Figura 37.
Figura 38.
Figura 39.
Figura 40.
Figura 41.
Figura 42.
Figura 43.
Diagrama de Bloques funcionales de la teconología Foundation Fieldbus...........11
Ejemplo de bloques funcionales de la tecnología Fundation Fieldbus..................12
Diagrama del posicionamiento del PRM en la Estructura de una Planta. .............15
Lista de dispositivos para agregar a la librería. .....................................................17
Detección automática de los parámetros de los dispositivos FF ...........................18
Ejemplo de programa FBAP .................................................................................19
Selección del módulo FF del STARDOM para iniciar la descarga.......................19
Indicación de las rutas para los archivos Host y los archivos DD.........................20
Selección del segmento a analizar .........................................................................20
El estado del segmento y de los instrumentos conectados. ...................................20
Configuración de las etiquetas de variables FF. ....................................................21
Configuración de las etiquetas de variables FF. ....................................................21
Programa de Control..............................................................................................21
Diagrama de conexión del PRM con el STARDOM en una sola PC....................22
Herramienta para crear la ruta de los dispositivos del PRM .................................23
Transmisor de Temperatura YTA320....................................................................24
Conexión de resistencias en el Transmisor de Temperatura YTA320 ..................25
Ejemplo de desconexión de resistencias para las pruebas “C”..............................27
Ejemplo de cortocircuito de conectores para las pruebas “D” ..............................27
Ejemplo de sobrecarga de conectores de sensores para pruebas “E” ....................27
Ejemplo de cambio a modo O/S para pruebas “F”................................................28
Ejemplo de cambio de tipo de sensor para pruebas “G” .......................................28
Controlador STARDOM tipo FCN, de YOKOGAWA.........................................30
Transmisor de Presión Diferencial FF, de YOKOGAWA, modelo EJA430A .....30
Transmisor de Temperatura FF, de YOKOGAWA, modelo YTA320 .................31
Posicionador de Válvula FF, de FISHER, modelo DVC5010F ............................31
Transmisor de Presión diferencial HART, de YOKOGAWA, modelo EJX110A32
Trans de Presión absoluta HART, marca YOKOGAWA, modelo EJA530A ......32
Icono de Estado del dispositivo y de Alarma en los instrumentos ........................34
Vista de Planta del PRM........................................................................................35
Vista de Red del PRM ...........................................................................................35
Vista de Clases del PRM .......................................................................................36
Herramientas especiales para los instrumentos .....................................................36
Detalles comunes de un instrumento en el PRM...................................................37
Detalles de identificación de un instrumento en el PRM ......................................37
Lista de bloques FF de un instrumento FF en el PRM ..........................................38
Configuración en la obtención de datos de un instrumento por parte del PRM....38
Estado de las Alarmas para pruebas del Grupo “A”..............................................39
Alarma de Mantenimiento por la Prueba del Grupo “A” ......................................40
Estado de las Alarmas de las Pruebas del Grupo “B” ...........................................41
Alarma de Mantenimiento de las Pruebas del Grupo “B”.....................................42
Estado de las Alarmas de las Pruebas del Grupo “C” ...........................................43
Alarma 040 en la pantalla LCD del Transmisor YTA320.....................................43
iv
Figura 44.
Figura 45.
Figura 46.
Figura 47.
Figura 48.
Figura 49.
Figura 50.
Figura 51.
Figura 52.
Figura 53.
Figura 54.
Figura 55.
Figura 56.
Figura 57.
Figura 58.
Figura 59.
Figura 60.
Figura 61.
Figura 62.
Figura 63.
Figura 64.
Figura 65.
Figura 66.
Figura 67.
Figura 68.
Figura 69.
Figura 70.
Figura 71.
Figura 72.
Figura 73.
Figura 74.
Figura 75.
Figura 76.
Alarma de Mantenimiento de la Pruebas del Grupo “C” ......................................44
Estado de las Alarmas de las Pruebas del Grupo “D” ...........................................45
Alarmas AL161 y AL171 en la pantalla LCD del Transmisor YTA320 ..............45
Alarma de Mantenimiento de las Pruebas del Grupo “D”.....................................46
Estado de las Alarmas de las Pruebas del Grupo “E”............................................47
Alarma AL170 en la pantalla LCD del Transmisor YTA320 ...............................47
Alarma de mantenimiento de las Pruebas del Grupo “E” .....................................48
Estado de las alarmas de las Pruebas del Grupo “F”.............................................49
Alarma AL022 en la pantalla LCD del Transmisor YTA320 ...............................49
Alarma de Mantenimiento de las Pruebas del Grupo “F” .....................................50
Estado de las Alarmas de las Pruebas del Grupo “G” ...........................................51
Alarma AL032 en la pantalla LCD del transmisor YTA320.................................52
Alarma AL034 en la pantalla LCD del transmisor YTA320.................................52
Alarma AL193 en la pantalla LCD del transmisor YTA320.................................52
Alarma de mantenimiento de las Pruebas del Grupo “G” .....................................53
Estado de las alarmas de autodiagnóstico del transmisor EJA530A .....................54
Herramientas de calibración del Transmisor de Presión EJA530A ......................55
Estado del Transmisor de Presión EJA530A.........................................................55
Estado de las alarmas de autodiagnóstico del Transmisor EJX110A....................56
Entradas del proceso del transmisor de presión EJX110A....................................57
Alertas del proceso del Transmisor de Presión EJX110A.....................................57
Ejemplo de módulo de equipo ...............................................................................68
Relación entre módulos de control, módulos de equipos, e ID del dispositivo.....69
Flujograma de Instalación del PRM ......................................................................70
Pestaña Esquemas de Energía del cuadro de diálogo Propiedades de la Energía .71
Pestaña Hibernación del cuadro de diálogo de Propiedades de la Energía ...........71
Cuadro de diálogo de Configuración del Muro de Fuego (Firewall) ...................72
Permitir el acceso local y remoto y luego aceptar .................................................73
Permitir los permisos de ejecución y activación local y remota............................73
Permitir que los permisos de todos se apliquen a usuarios anónimos ...................74
Selección de los paquetes del PRM.......................................................................75
Muestra de los pre-requisitos de instalación del PRM ..........................................75
Indicación de la secuencia de Instalación de los Pre-requisitos ............................76
INDICE DE TABLAS
Tabla 1.
Tabla 2.
Disponibilidad de comunicación en línea para cada tipo de instrumento........14
Agrupación de las pruebas con los instrumentos FF........................................24
v
LISTA DE ABREVIATURAS
DD: “Device Descriptor” (Descripción del dispositivo).
DTM: “Device Type Manager” (Administrador de Tipos de Dispositivos).
EDDL: “Electronic Device Descriptor Language” (Lenguaje Electrónico de Descripción de
Dispositivos)
FCJ: “Field Control Junction” (Unión de Control de Campo).
FCN: “Field Control Node” (Nodo de Control de Campo).
FBAP: “Function Block Application Process” (Proceso de Aplicación de Bloques
Funcionales).
FF: “Foundation Fieldbus”.
HART: “High way-Addressable-Remote-Transducer” (Transductor remoto direccionable de
con alto tráfico)
LCD: “Liquid Crystal Display” (Pantalla de Cristal Líquido)
NCS: “Network-based Control System” (Sistemas de Control basado en Redes).
PAM: “Plant Asset Manager” (Administrador de Activos de Planta)
PC: “Personal Computer” (Computadora Personal)
PLC: “Programmable Logic Controller” (Controlador Lógico Programable).
POU: “Program Organization Units” (Unidades de Organización del Programa).
PRM: “Plant Resource Manager” (Administrdor de Recursos de Planta)
SCADA: “Supervisory Control and Data Acquisition” (Sistema de Control Supervisorio y
Adquisición de Datos).
STARDOM: “STrategic ARcher for new business DOMain” (Arquero estratégico para el
nuevo dominio de negocios).
1
1. INTRODUCCIÓN
En las plantas de producción modernas existen dos actividades principales: operación y
mantenimiento. Son dos actividades entrelazadas, ya que se podría decir que una no puede
funcionar bien sin la otra.
La tareas de operación junto con las de monitoreo son realizadas principalmente por un
sistema de control con la ayuda de un sistema SCADA. Aquí, actúa el personal de operación
quienes se encargan de supervisar la buena marcha del proceso, así como la observación de
ciertas variables, tendencias, etc. [5]
Por otro lado, se encuentran las tareas de mantenimiento que son realizadas por el
personal de mantenimiento de la planta. Estas tareas consisten en observar el estado de todos
los instrumentos y de los controladores, con el objeto de lograr que la planta estuviese
marchando en buen estado.
De manera que si un instrumento se encuentra en falla o mal
calibrado, es tarea del personal de mantenimiento reemplazarlo o re-calibrarlo. También es
tarea del personal de mantenimiento verificar el estado y reparar los enlaces de comunicación,
como cables y ondas de radio, a fin de garantizar que no se hayan dañado por mordedura de
roedores, altas temperaturas y presiones, fuego, humedad, polvo o cualquier tipo de situación
hostil presente en la planta. [5]
Anteriormente, las tareas de mantenimiento eran realizadas usando formularios de
mantenimiento, grandes archiveros que contenían los datos de calibración de instrumentos, la
calibración era poco precisa, ya que en muchos casos dependía del giro de una perilla u otras
partes mecánicas. De manera que era muy tedioso realizar el mantenimiento de los equipos.
Por otra parte, el personal se tenía que trasladar obligatoriamente a donde se encontraban los
instrumentos para poder observar su estado y realizar el respectivo mantenimiento. Todo esto,
se debe a que la instrumentación que se ha vendido usando, utiliza una señal neumática de 315psi, o una señal de corriente eléctrica continua de 4-20mA. [6]
Con el pasar del tiempo, diversos fabricantes desarrollaron instrumentos con microprocesadores capaces de dar información acerca de su propio estado, permitiendo al personal
de mantenimiento a través de un dispositivo llamado “handheld” conectarse al instrumento y
realizar un diagnóstico más efectivo. Esto resolvió ciertos problemas, como por ejemplo, el
diagnóstico se hacía más rápido y más preciso, ya que lo realizaba un dispositivo electrónico.
2
Sin embargo, algunos problemas siguieron sin resolverse, como el caso del traslado del
personal al lugar hostil donde se encuentran los instrumentos. Además, todavía se tenía
archivos en papel con la data de calibración y, un problema aun mayor, cada fabricante poseía
su propio dispositivo calibrador, de manera que si en la planta existen instrumentos de
diversos fabricantes, se tenía un “handheld” para de cada fabricante. Por consiguiente, en la
sala de mantenimiento se tenía un estante con los “handheld” de los fabricantes de los
instrumentos que estaban instalados en la planta. Si bien el mantenimiento mejoró en ciertos
aspectos, seguía siendo costoso por el equipo y la cantidad de horas-hombre empleadas. [7]
Cabe destacar que en estas dos tecnologías, el mantenimiento de la planta era llevado a
cabo por la intuición y la experiencia del personal de mantenimiento y de los reportes
almacenados en los archiveros. Esto traía como consecuencia la fuerte dependencia del
personal experto, y cuando se quería contratar más personal de mantenimiento, estos últimos
tenían que recibir un largo entrenamiento por parte de este personal y leer los reportes de fallas
anteriores. Este entrenamiento del personal, le traía a la empresa muchos gastos de tiempo y
dinero, usados en traspasar la experiencia del personal antiguo al nuevo personal contratado.
Con la aparición y la aceptación del estándar Fieldbus Foundation, una serie de
problemas se resolvieron tanto en la implantación, como en el uso y mantenimiento de los
instrumentos en todo el proceso de la automatización.
Esta tecnología reduce
considerablemente el uso de cables, ya que la conexión se realiza a través de un bus en la cual
se pueden conectar en la práctica hasta 12 instrumentos en serie. Estos instrumentos también
vienen con un microprocesador integrado que permite obtener no solo la variable del proceso,
sino también otros datos acerca del estado y la calibración del mismo. La comunicación es
digital y bidireccional, logrando así el envío y la recepción de datos desde y hasta el
controlador, y a su vez, a las estaciones PC.
El hecho de que el protocolo Foundation Fieldbus sea un estándar, redujo
considerablemente los costos en equipos de calibración, porque los instrumentos de todos los
fabricantes con esta tecnología deberían comunicarse usando el mismo protocolo, facilitando
así la comunicación digital de los instrumentos entre sí y entre los instrumentos y el
controlador, así sean de distintos fabricantes.
Otro aspecto resaltante de esta tecnología, es el hecho de que las variables del estado
del instrumento también serán enviadas a niveles superiores, dando la posibilidad de realizar el
3
mantenimiento en línea, sin necesidad de recurrir al sitio donde se encuentra el instrumento.
Esto significó un gran avance en el campo del mantenimiento industrial por el hecho mismo
de realizar el diagnóstico de los instrumentos desde un lugar remoto como una sala de control.
Además, la data de calibración de los instrumentos podría ser descargada en línea, y a su vez,
almacenada en una base de datos en una PC. [7]
De allí, surgieron los programas PAM, “Plant Asset Manager” (Administrador de
Activos de Planta), un software que se encarga de mantener y administrar la data de los
equipos y de informar al personal de mantenimiento de manera remota en la pantalla de una
PC, cómo se encuentran los dispositivos en tiempo real, realizar tendencias, obtener y cambiar
parámetros de calibración de los instrumentos sin necesidad de ir al lugar donde ellos se
encuentren.
Esto redujo drásticamente el tiempo empleado en labores de mantenimiento, el
conocimiento de mantenimiento es almacenado digitalmente en un servidor, de manera que el
entrenamiento del personal de mantenimiento es más rápido. También, permitió visualizar en
un solo panel, el estado de todos los dispositivos de la planta, de una sola vez, sin necesidad de
ir chequeando uno por uno, como se hacía antes de la tecnología Foundation Fieldbus.
Para cubrir esta necesidad, la corporación YOKOGAWA, empresa japonesa líder en el
campo de la automatización, desarrolló el software “Plant Resource Manager” (PRM)
(Administrador de Recursos de Planta), y consiste en dos paneles. El de la izquierda posee la
organización de los dispositivos en la planta, la organización por protocolos de comunicación,
y por fabricante; y en el panel de la derecha muestra los detalles de los dispositivos como el
historial de alarmas, los parámetros de configuración, la información de diagnóstico, entre
otras funcionalidades.
El PRM como PAM, facilita la administración de todos los instrumentos de la planta
desde una sola sala central de mantenimiento. Desde aquí, el personal puede observar en las
ventanas del PRM las alarmas que produzcan los instrumentos y, dependiendo del mensaje, el
PRM puede re-dirigir el mensaje de alarma al personal de operación, indicarle la descripción
de la alarma, de donde proviene y las posibles soluciones. [7]
En este informe, se presentará un estudio de este software de YOKOGAWA, integrado
con el controlador STARDOM de la misma firma, y a su vez, a dos tipos instrumentos:
Fieldbus Foundation y HART, realizando pruebas que muestren su funcionalidad.
4
El lector podrá verificar las grandes ventajas que ofrece este software en comparación
con la forma en que se hacía el mantenimiento antes de la aparición de esta tecnología. En
Venezuela, por ejemplo, apenas está empezando a surgir el uso de este tipo de programas en
las industrias, principalmente, las petroleras y petroquímicas, donde la cantidad de
instrumentos es relativamente enorme, y un programa de este estilo es altamente requerido
para reducir el tiempo y los costos de mantenimiento, así como las paradas innecesarias de la
planta, que originan pérdidas económicas.
5
2. OBJETIVOS
2.1. Objetivo General
Verificar que la herramienta de administrador de activos es superior a la tendencia
tecnológica orientada al Fieldbus Device Tools en el mantenimiento de instrumentos, a través
de pruebas de Funcionalidad.
2.2. Objetivos Específicos
•
Lograr la integración entre el PRM y un controlador NCS.
•
Describir la forma en que el PRM administra los instrumentos de una planta.
•
Describir la lectura y escritura de parámetros de los instrumentos Foundation Fieldbus por
parte del PRM.
•
Describir la información que muestra las alarmas producidas en el PRM.
•
Describir la manera del PRM mostrar la lista de alarmas particulares de un instrumento,
producidas por su propio Autodiagnóstico.
•
Lograr la lectura de parámetros de instrumentos HART por parte del PRM.
•
Comparar la funcionalidad del PRM con la tecnología orientada al Field Device Tools.
6
3. MARCO TEORICO
En esta sección se dará un conjunto de teorías relacionadas con los transmisores, los
instrumentos “intelingentes”, la tecnología Foundation Fieldbus con todas sus ventajas, los
Administradores de Activos y, el PRM como Administrador de Activos para una mayor
comprensión del trabajo realizado.
3.1. Historia de los Transmisores
Los transmisores toman la variable del proceso a través de un sensor y la transmiten a
distancia en forma de una señal neumática, electrónica o digital.
La señal neumática es de 3 a 15 psi (libras por pulgada cuadrada) o de 0,2 a 1,0 bar
(kilogramos por centímetros cuadrados).
La señal electrónica normalizada es de 4 a 20mA de corriente continua. Por otra parte,
la señal digital consiste en una serie de bits. Cada bit (BInary digiT) consiste en dos signos, el
0 y el 1, representados por el paso o no de una señal eléctrica. Cuando los bits son enviados
uno detrás otro, se dice que la comunicación es serial.
Las necesidades de la industria han sido el motor que ha impulsado el crecimiento en
la tecnología en instrumentación. Entre estas necesidades se encuentran:
•
Aumento de la productividad
•
Aumento de la calidad del proceso
•
Reducción de los costos de fabricación
•
Mejoras en la seguridad industrial
•
La normalización de los instrumentos.
Las señales neumática y electrónicas analógicas se utilizan cada vez menos, debido a
las ventajas que ofrecen la comunicación digital como exactitud, precisión, y la facilidad de
comunicación y almacenamiento de los datos. La señal neumática todavía se sigue usando,
pero ha quedado prácticamente para su uso en las válvulas de control y posicionadores de
válvula que son electro-neumáticos o digito-neumáticos.
En 1983, apareció un transmisor al que se le denominó “inteligente”, ya que poseían en
su interior un micro-procesador, por lo tanto, se le incorporaron otras funciones extras además
de la medida y transmisión de la variable de proceso.
7
A partir de esa fecha, y gracias a los avances en materia de microprocesadores, se
desarrollaron una gama de protocolos digitales para tener un lenguaje de comunicación entre
los instrumentos y el controlador. La tendencia de este desarrollo fue hacia la creación de
protocolos abiertos que permitan la intercomunicación entre instrumentos de distintos
fabricantes. [4]
3.1.1. Ventajas de los transmisores “inteligentes”
Una de las ventajas más importantes es que se facilita la calibración de los
transmisores gracias al micro-procesador que tienen incorporado.
Este micro-procesador
guarda en una memoria EPROM los datos de las correcciones de las no-linealidades de los
sensores.
Gracias al uso de un comunicador portátil con pantalla de cristal líquido y un teclado
alfanumérico, llamado “handheld” se puede observar el estado y la calibración de estos
instrumentos.
Mientras el sensor del instrumento no se averíe, el transmisor “inteligente” tiene una
vida útil casi ilimitada, ya que por lo general no contiene partes mecánicas.
Otras ventajas son las siguientes:
•
Cambio automático del rango de medida, en caso de que el valor de la variable medida se
salga del rango de configuración de la variable.
•
Grabación de los datos históricos. La señal digital permite que los datos correspondientes
a las medidas sean almacenados y posteriormente analizados.
•
Mantenimiento. Antes de la aparición de estos instrumentos, la calibración y el cambio de
rango se realizaban por lo general en el taller de instrumentación, lo que requería de la
parada de la planta, extracción del instrumento y todas las consecuencias que esto genera.
Por otra parte, los instrumentos “inteligentes” no requieren de aparatos patrón para su
calibración, porque ya contienen en su memoria EPROM valores de calibración
almacenados en fábrica.
•
Rangeability (Relación entre la señal máxima y mínima de medida). En ciertas variables,
como el caudal, el transmisor “inteligente” posee una mejor relación de caudal
máximo/caudal mínimo, pues pasa de 3:1 en los Tubos Ventura a 10:1, manteniendo la
misma exactitud del ±1%
8
•
Autocalibración por variables del proceso. Los transmisores “inteligentes” pueden suplir
las operaciones de ajuste de cero (0) y cien (100), trabajo que anteriormente era tedioso y
consumía mucho tiempo.
Un ejemplo de la técnica de auto-calibración son los
transmisores de nivel por ultrasonidos.
•
Autodiagnóstico. Los instrumentos “inteligentes” tienen la capacidad de realizar un autodiagnóstico de sus partes electrónicas internas, ayudando enormemente al personal de
mantenimiento de una planta en tres aspectos fundamentales: primero, notificar a través de
una señal de alarma, la existencia de un problema en el instrumento, segundo, entrega un
mensaje con la naturaleza del problema, y tercero, las posibles tareas para solucionarlo.
•
Comunicador portátil o “Handheld”. Consiste en un dispositivo dotado de una pantalla de
cristal líquido y un teclado alfanumérico, tan liviano, que una persona lo puede tener
fácilmente en una de sus manos. Este aparato es usado para configurar los parámetros del
instrumento, como cambios en el rango de medida, y tiene la ventaja de ser llevado al
lugar donde se encuentra el instrumento, sin tener que desconectar éste último del proceso,
manteniendo así la planta en funcionamiento. [4]
3.2. Tecnología Foundation Fieldbus
En esta sección se tratará los aspectos básicos que ofrece esta maravillosa tecnología,
comenzando por definiéndola, mencionado sus beneficios en una planta, presentando la
característica de alarmas de los instrumentos, el protocolo H1 para nivel de campo, que en su
totalidad permiten el buen desenvolvimiento de un administrador de activos.
3.2.1. ¿Qué es la tecnología Foundation Fieldbus?
Es una arquitectura abierta, es decir, sin propietario, que provee un estándar para el
protocolo de los sistemas de control y la instrumentación, en formato digital, serial y
bidireccional. Por tanto, los instrumentos que pertenecen a esta tecnología, deberán poseer un
micro-procesador programado con el protocolo y con memoria para almacenar los parámetros.
9
3.2.2. Beneficios de la tecnología Foundation Fieldbus en las fases de una
planta
De la tecnología FF se espera, entre otras cosas, la reducción del costo de la línea de
producción durante su ciclo de vida, y por consiguiente, del costo total de la planta. Los
beneficios se pueden observar en cada una de las cuatros fases de una planta. [8]
Fase de Planificación
La Tecnología FF logra que se integren los componentes de una planta a través de su
red de comunicación digital, usando un solo sistema de automatización. Esto quiere decir, que
el personal técnico puede conectar dispositivos de distintos fabricantes sin necesidad de un
software particular para cada uno. Además, como se trata de un sistema basado en redes, esta
tecnología logra que las salas de control y los gabinetes sean más pequeños.
Fase de Instalación
Con la tecnología Fieldbus se reduce drásticamente los costos de instalación y de
cableado, ya que se reemplaza la forma tradicional punto a punto con la configuración de red o
multi-punto. Como los instrumentos FF son micro-procesados, las actividades de calibración
y de arranque de planta se realizan más rápidas, reduciendo así los costos de arranque.
Fase de Operación
La tecnología FF logra integrar varias funciones de control en un solo sistema de
automatización, optimizando así, el control de la planta.
Fase de Mantenimiento
Los instrumentos FF pueden reportar su propio diagnóstico, emitir alarmas de su malfuncionamiento, información de calibración y de las condiciones ambientales en donde se
encuentre, todo esto en línea y sin interrumpir el control de la planta.
Gracias a esto, se evitan que se dañen los instrumentos y, por consiguiente, se puede
reducir el número de instrumentos de repuesto.
Existen varios software para el manejo de activos que podrían ser usados para
administrar de una manera electrónica el mantenimiento de los instrumentos.
Fase de Renovación
Al tener la posibilidad de almacenar los parámetros de los instrumentos en forma
electrónica, el reemplazo de los instrumentos se realiza más fácilmente y en menor tiempo.
10
3.2.3. Alarmas de los dispositivos FF
Cuando un instrumento FF detecta un problema en su funcionamiento, este reporta una
alarma que va al controlador donde esté conectado y luego pasar a la pantalla de una PC para
ser vista por los usuarios.
Anteriormente, el personal de mantenimiento se tenía que trasladar hacia el lugar
donde se encuentra el instrumento para observar el estado de los mismos, pero gracias a las
alarmas reportadas por los dispositivos “inteligentes” FF, esto no hace falta, ya que la
información del estado de los instrumentos es enviada en línea a la sala de control. [8]
3.2.4. Foundation H1
Es la parte del protocolo Foundation Fieldbus que está destinada al control de procesos
en el nivel de campo, es decir, comunicación con los instrumentos.
Tiene una tasa de
transferencia de 31,25 kbit/s y está diseñado para operar en un cable doble que lleva tanto la
señal como la energía eléctrica que se proporciona al instrumento. [2]
Esta tecnología posee las siguientes ventajas:
•
Número reducido de cables y paneles para ordenarlos.
•
Reducción en el número de barreras de seguridad intrínseca.
•
Evita el uso de convertidores de entrada/salida.
•
Reduce el número de fuentes de poder y gabinetes.
•
Reduce el tamaño en las salas de control
•
Se puede realizar la configuración remota de los dispositivos
•
Otorga más información a los operadores
•
Se realizan medidas más precisas.
•
Se tienen bloques de función estándar.
•
Reduce el tiempo de levantada de planta debido a la reducción de la cantidad de equipos,
un autodiagnóstico más completo y la capacidad de diagnóstico remoto.
Los instrumentos Foundation H1 son receptores y publicadores de variables de
procesos, pero también tienen la posibilidad de transmitir alarmas. Algunos de ellos pueden
actuar como una agenda para fiscalizar el envío de datos por parte de los demás instrumentos y
11
contando con un reloj maestro para regular la comunicación del segmento FF en que se
encuentre conectado.
Estos últimos también son usados para crear una interfaz entre el
controlador y los instrumentos.
La tecnología Foundation H1, al obligar a llevar micro-procesadores dentro de los
instrumentos, ha permitido que estos últimos realicen funciones de control como control PID,
reduciendo así, la carga cómputo en los controladores y computadoras. Además, la conversión
de Analógico a Digital es eliminada debido a que la red Foundation H1 es totalmente digital,
contribuyendo así a reducir significativamente el ruido eléctrico en comparación con los
sistemas analógicos tradicionales de 4-20mA. [2]
3.2.5. Modelo de Bloque Funcional
En la arquitectura Foundation se tiene una capa de usuario estandarizada basada en
“Bloques” y Descripciones de Dispositivos (DDs). La Capa de Usuario está formada por un
Proceso de Aplicación de Bloque Funcional (FBAP) que contiene Bloques de Recursos,
Bloques Funcionales, Bloques Transductores, entre otros, como se observa en la Figura 1.
Figura 1. Diagrama de Bloques funcionales de la teconología Foundation Fieldbus
Los Bloques de recursos son los que definen los parámetros, por lo general estáticos,
que caracterizan al instrumento (por ej. ID del fabricante, tipo de dispositivo, etc.), los
12
Bloques Funcionales contienen alguna función de control (Por ej. Controlador PID, entrada
analógica, Salida analógica, etc.), y los Bloques Transductores contienen información y
parámetros de los sensores como temperatura, presión, flujo y actuadores para válvulas. [2]
Algunos ejemplos de bloques funcionales se encuentran en la Figura 2.
Figura 2. Ejemplo de bloques funcionales de la tecnología Fundation Fieldbus
Los bloques hacen que los instrumentos tengan la funcionalidad deseada, además,
poseen una variedad de características y eventos que son estándares para todos los dispositivos
del mismo tipo. Con estas características, se pueden construir lazos de control sencillos con
pocos instrumentos, sin necesidad de un controlador adicional, por ejemplo, se puede realizar
un lazo de control simple con un transmisor de temperatura con entrada analógica y una
válvula con un controlador PID incorporado y una salida analógica.
Por otra parte, el FBAP no solo especifica el modo de realizar el control, sino también,
es allí donde se definen la dirección de los eventos, alarmas y reportes. Estas características
hacen que los dispositivos sean inter-operables en la Capa de Usuario.
Por consiguiente, con la sincronización de la ejecución de los bloques funcionales y el
traspaso de los parámetros de los bloques entre sí en el bus, se hace posible que se distribuya
el control en los instrumentos, es decir, a nivel de campo. [2]
3.2.6. Administrador de Activos
En una planta de gran tamaño se desearía adquirir información acerca de los
dispositivos que se encuentran en el campo.
También se quiere que cuando se realice
cualquier mantenimiento, se lleve un registro de los que se está haciendo a los dispositivos en
forma electrónica.
Sería útil tener un software para administrar toda la información concerniente a los
instrumentos, sus parámetros de calibración, así como también para planificar la parada de
13
planta en caso de mantenimiento preventivo [7]. Estas son las tareas principales de un
software de administrador de activos.
3.3. Mantenimiento de instrumentos
Casi todos los instrumentos necesitan de mantenimiento para su buen funcionamiento,
para que una planta no se averíe, y por lo tanto, no se detenga la producción. Hay tres
principales tipos de mantenimiento, a saber:
Correctivo
Aquí los instrumentos son reparados cuando fallan por completo o cuando están pronto
a deteriorarse. En este caso, los costos de servicios son elevados y por lo tanto, necesitan ser
reemplazados. El personal de mantenimiento debe reparar los instrumentos lo más rápido
posible ya que implican una parada de planta en un momento inoportuno. Por lo general, no
se disponen de piezas y herramientas para realizar la reparación.
Cuando se tiene un controlador digital, y se usa un sistema de control distribuido, este
se da cuenta de la falla de un instrumento y avisa al personal de mantenimiento para que lo
reemplace antes de ocurrir una posible catástrofe industrial [4].
Preventivo
Los instrumento son revisados a intervalos regulares de acuerdo a las recomendaciones
del fabricante y de la intensidad de uso que tenga en la planta. En este caso, las revisiones son
planificadas con anterioridad, preparándose así el personal de mantenimiento con todas las
piezas de reemplazo y las herramientas necesarias para esa fecha [4].
Predictivo
Los instrumentos son revisados cuando un aparato o programa de computadora avise
mediante algunos datos y algortimos de diagnóstico avanzado que un instrumento está pronto
a dañarse. Con esto se reduce considerablemente el tiempo empleado en el mantenimiento de
los instrumentos. [4]
3.4. El PRM como Administrador de Activos
En esta sección se muestran las características del PRM como administrador de
activos, entre estas, las tareas principales del PRM, dónde se encuentra ubicado el PRM dentro
de la estructura lógica de una planta y cuáles tipos de dispositivos son manejados por el PRM.
14
3.4.1. Tareas principales del PRM
Administración de los instrumentos y controladores
El PRM se encarga de administrar a los controladores y a los instrumentos conectados
a ellos, de acuerdo a 4 formas: por el lugar que ocupan en la planta, por la configuración de la
red de control, por los fabricantes y tipos de instrumentos, y si se quiere una organización
personalizada del usuario [1]
Auditoría de las operaciones realizadas
El PRM realiza un registro de las actividades realizadas en los instrumentos, así como
también de los eventos generados por alarmas y cualquier otra operación que implique un
cambio en la configuración del PRM, o de los instrumentos mismos. [1]
Ajuste en línea
Con el PRM, se pueden configurar los parámetros de los instrumentos FF y HART que
están equipados con funciones de comunicación digital, bidireccional.
Además, tiene la
opción de guardar los parámetros de un dispositivo para posteriormente compararlos con los
parámetros actuales, y de esta manera, realizar de froma sencilla el reemplazo de un
instrumento.[1]
3.4.2. Jerarquía del PRM dentro de una Planta
El PRM se encuentra en el nivel más alto de la red de control en una planta, por lo
tanto, en un nivel intermedio de la pirámide de automatización. Puede intercomunicarse con
un sistema de administración de mantenimiento computarizado por el nivel superior, y con las
funciones de operación de la planta, que se encuentran en el mismo nivel que el PRM.
posición que ocupa el PRM en la Estructura de la Planta, se muestra en la Figura 3 [1]:
La
15
ERP: Enterprise Resource Planning
Funciones de
mantenimiento
de producción
Sistema de administración de mantenimiento computarizado
PRM
(Plant Resource
Manager)
Funciones de Operación de Planta
Funciones
operación y
monitoreo
Funciones de
Ingeniería
Funciones de Control
Red de Campo
Planta
Figura 3. Diagrama del posicionamiento del PRM en la Estructura de una Planta.
3.4.3. Dispositivos manejados por el PRM
Los instrumentos administrados por el PRM, se clasifican en:
•
Dispositivos Inteligentes.
•
Dispositivos Convencionales.
•
Dispositivos Estáticos.
El PRM tiene la posibilidad de administrar instrumentos del sistema analógico
tradicional de 4-20mA, así como también los dispositivos que se comunican por señales no
eléctricas. Pero en estos dos casos, no se diagnostica en línea.
La tabla 1 que se muestra a continuación muestra qué tipos de instrumentos pueden
usar las funciones de comunicación en línea:
Instrumento
Dispositivo FF-H1
Dispositivo HART
Dispositivo PROFIBUS
Dispositivo Modbus
Dispositivo Convencional
Dispositivo Estático
Disponibilidad para usar
la comunicación en línea
Sí
Sí
No
No
No
No
Tabla 1. Disponibilidad de comunicación en línea para cada tipo de instrumento.
16
Las funciones que realiza el PRM pueden ser clasificadas en funciones con
comunicación en línea y funciones sin comunicación en línea.
Las funciones con comunicación línea son aquellas en las que el PRM realiza ajustes y
diagnósticos, como la lectura/escritura de parámetros de dispositivos y la detección automática
de instrumentos.
Las funciones sin comunicación en línea son aquellas en donde se administra la
información de mantenimiento como los memos de inspección, las agendas de inspección, la
información de partes y la documentación. [1]
17
4. MÉTODOS Y PROCEDIMIENTOS
En este capítulo se muestran de manera resumida todos los procedimientos seguidos en
la realización de este proyecto, que son: La creación de un segmento Fieldbus Foundation en
el controlador STARDOM, luego la integración del PRM con el STARDOM, la creación de la
estructura de planta en el PRM y finalmente la realización de pruebas con dispositivos
Foundation Fieldbus y con dispositivos HART.
4.1. Creación del Segmento Fieldbus Foundation en el STARDOM
Para realizar esto, se utilizaron los programas “Resource Configurator” para configurar
el hardware del controlador STARDOM; “Logic Designer”, para realizar el programa de
Control en el STARDOM; “Engineering Tool”, para configurar el Segmento FF como tal y
finalmente “Device Management Tool”, para verificar el buen funcionamiento del segmento
FF. Estas herramientas son propias de Yokogawa.
Primeramente, se uso el “Resource Configurator” para conectarse con el STARDOM y
desde allí, seleccionar el módulo “Foundation Fieldbus” en donde se quiere crear el segmento
FF y luego iniciar el programa “Engineering Tool”.
Cabe destacar que para configurar un segmento FF en el STARDOM, este último debe
tener detenido el programa de control almacenado y puesto en “Modo Ingeniería”, tareas que
se realizan en los programas “Logic Designer” y “Resource Configurator” respectivamente.
Ya dentro del programa “Engineering Tool”, se debe primeramente definir la librería
de dispositivos a usar. Allí se seleccionan los archivos DD que están organizados en carpetas
según el fabricante y el tipo de dispositivo, por códigos ya establecidos en la Fundación
Fieldbus, tal como se muestra en la Figura 3:
Figura 4. Lista de dispositivos para agregar a la librería.
18
La manera más segura de agregar un dispositivo es detectar primero su ID del
dispositivo, su Tag del Dispositivo y la Dirección de Nodo que ya contienen los instrumentos
que se utilizaran en el segmento FF a crear.
Luego se inicia el Editor de Dispositivos en donde, primeramente se agrega solo el
Dispositivo Maestro de Enlace, para poder comenzar a detectar los instrumentos, y
posteriormente, se volverá a iniciar este Editor para agregar los instrumentos.
En este caso, el Dispositivo Maestro de Enlace es el mismo controlador STARDOM.
Por lo tanto, el STARDOM es el que tiene el reloj del segmento y la agenda de ejecución de
los bloques de todos los instrumentos conectados a ese mismo segmento.
Luego, se inicia el Editor de Red para asignar automáticamente la dirección al
dispositivo Maestro de Enlace, después dar una primera compilación, y así poder detectar los
parámetros de los instrumentos conectados al segmento FF, como se muestra en la Figura 5:
Figura 5. Detección automática de los parámetros de los dispositivos FF
De aquí, se copian los tres primeros campos, El Tag del Dispositivo (Device Tag
Name), Dirección de Nodo (Node Address) y el ID del dispositivo (Device ID).
El Tag y el ID del dispositivo son usados en el Editor de Dispositivos para agregar los
instrumentos al segmento FF que se está creando, mientras que la dirección de nodo se usa en
el Editor de Red para asignarle la dirección del instrumento dentro del nodo.
Después de realizado esto, se dirige al Editor FBAP, para crear el programa de
conexión de parámetros de los instrumentos del segmento FF. Se insertan los bloques para la
lectura o escritura de datos, y luego se conectan como se muestra en la figura 6:
19
Figura 6. Ejemplo de programa FBAP
Luego de crear el FBAP, este se compila y finalmente se descarga al dispositivo
Maestro de Enlace, que en este caso fue el mismo controlador STARDOM.
Como se realizó un cambio en el módulo del controlador STARDOM, se tiene que
descargar otra información del módulo de comunicación FF del STARDOM, a través del
programa “Resource Configurator”, como se muestra en la Figura 7:
Figura 7. Selección del módulo FF del STARDOM para iniciar la descarga.
Hasta aquí, la creación lógica del segmento FF en el STARDOM. Para verificar que la
descarga se realizó correctamente se puede recurrir al software “Device Management Tool”.
En este programa, simplemente se utiliza la función de auto-detectar, en donde se tiene
que especificar un par de carpetas (Figura 8), seleccionar el segmento FF (Figura 9) y luego
ver si hay comunicación (Figura 10).
20
Figura 8. Indicación de las rutas para los archivos Host y los archivos DD
Figura 9. Selección del segmento a analizar
Figura 10. El estado del segmento y de los instrumentos conectados.
21
Luego de verificar el buen funcionamiento del segmento FF, se procede a crear el
programa de control en el software “Logic Designer”.
Aquí, primeramente se crearon las etiquetas de variable para enlazar las variables
lógicas del programa de control con las variables físicas del controlador STARDOM, como se
muestra en la Figura 11:
Figura 11. Configuración de las etiquetas de variables FF.
Luego se insertan los bloques FF que necesitaría el programa de Control, como se
muestra en la Figura 12:
Figura 12. Configuración de las etiquetas de variables FF.
Después, se crea un programa de Control sencillo, con la inserción de un para de
Bloques Analógicos de Entrada, como se muestra en la Figura 13:
Figura 13. Programa de Control
Finalmente se compila, luego se descarga al controlador STARDOM y, por último, se
manda una señal para que se ejecuta este programa.
22
4.2. Integración del PRM con el STARDOM
Antes de integrar el PRM con el controlador STARDOM, este último debe tener
configurado un segmento FF, tener los instrumentos configurados, para posteriormente
conectar la PC en donde se instale el PRM, comenzar la instalación y luego realizar la
comunicación de ambos sistemas.
4.2.1. Conexión del PRM con el controlador STARDOM
La ruta de conexión entre el PRM y un sistema STARDOM, es a través de un puerto
de red de la PC con el PRM, luego la red de control y finalmente el puerto Ethernet del
controlador STARDOM. La figura 14 muestra el diagrama de conexión del PRM instalando
los 3 componentes principales en una sola PC:
Figura 14. Diagrama de conexión del PRM con el STARDOM en una sola PC.
4.2.2. Instalación del PRM
Para instalar el PRM se cuenta con los 5 CD-ROM de instalación del PRM y las
licencias de los paquetes a instalar. Antes de empezar la instalación se realizan una serie de
configuraciones en el sistema operativo Microsoft Windows. Para comenzar la instalación, se
inserta el primer CD-ROM, se ejecuta el archivo D:\PRM\Setup.exe (donde D: es la unidad de
CD-ROM) y se siguen las instrucciones que se presentan en la pantalla.
Luego de la
23
instalación se deben seguir otra serie de configuraciones del sistema operativo. Para un
procedimiento detallado de cómo se instala el PRM, véase el Apéndice 10.2.
4.2.3. Comunicación entre el PRM y el STARDOM
La comunicación entre el PRM y el controlador STARDOM se configura a través de
la ruta de los dispositivos (Device Path), para indicarle al PRM la dirección IP del controlador
STARDOM y los módulos en donde se encuentran conectados los instrumentos.
Para configurar la ruta de los dispositivos se usa la herramienta “Device Path
Configuration Tool” ubicada en el menú Inicio [9]. El resultado de la configuración usando
esta herramienta, se muestra en la Figura 15:
Figura 15. Herramienta para crear la ruta de los dispositivos del PRM
4.3. Creación de la estructura de planta en el PRM
Para tener una administración adecuada de los instrumentos, se va creando la jerarquía
en el PRM según la organización de los instrumentos dentro de una planta.
Para hacer esto, se va hacia la Vista de Planta, y se agregan carpetas de la misma
manera en que están los instrumentos físicamente ubicados dentro de una planta.
Por ejemplo, si una planta tiene está distribuida geográficamente en varios sitios, se
crean primero los sitios. Luego, si la estructura arquitectónica de planta está dividida en áreas,
se van agregando las carpetas de áreas dentro de la de sitios, y así sucesivamente, hasta llegar
a la mínima división y en esa carpeta se van arrastrando los instrumentos ya detectados.
Para registrar un instrumentos, basta crear la ruta de dispositivos mencionada en el
punto 4.2.3, luego hacer la lectura de dicha ruta en el PRM y finalmente iniciar la detección
Plug & Play.
24
Para ver la organización de activos por parte del PRM, se cuenta con cuatro vistas:
Vista de Planta, Vista de Red, Vista de Clases y Vista Personalizada.
Para intercambiar el tipo de vistas se presionando la serie de botones que aparece en el
panel izquierdo del PRM.
Una vez posicionado sobre un instrumento, se muestra en el Panel derecho una serie de
funciones de autidoría de mantenimiento, diagnóstico, agendas de inspección, datos de
calibración, programas plug-in para instrumentos específicos, etc.
4.4. Pruebas del PRM con los Instrumentos FF
Para probar la funcionalidad del PRM usando instrumentos FF, se realizan una serie de
pruebas con un transmisor de temperatura multivariable, YTA320 de YOKOGAWA, como se
muestra en la Figura 16.
Figura 16. Transmisor de Temperatura YTA320
En estas pruebas se realiza la lectura y escritura de parámetros de un instrumento FF
desde el PRM, se visualiza las alarmas de autodiagnóstico de los instrumentos, y se observa el
contenido de las alarmas que se producen en el panel historial de mantenimiento del PRM.
Para simular una RTD en el transmisor de temperatura, se colocan resistencias de
250ohm, una en cada uno de los 2 pares de conectores asignados a cada sensor, como se
muestra en el diagrama de la figura 17:
25
Figura 17. Conexión de resistencias en el Transmisor de Temperatura YTA320
Algunas pruebas consistien en simular cortocircuitos de cables.
Otras pruebas se basan en modificar ciertos parámetros de los bloques FF del
transmisor, que inevitablemente producían una alarma en el transmisor. Con esto se tiene que
leer y escribir parámetros de un instrumento FF.
Las alarmas de autodiagnóstico son vistas en la herramienta DeviceViewer del PRM,
una herramienta que se utiliza para ver el estado de todas las alarmas de un solo dispositivo en
particular.
Los mensajes de alarmas del PRM fueron vistos en la pestaña de Historial de
Mantenimiento, en donde aparece una descripción detallada de la alarma, la fecha y hora de
generación, la causa del problema y una posible solución.
Para cada prueba, se observan 3 cosas básicamente:
1. El contenido de la pantalla de cristal líquido que posee el transmisor de temperatura
YTA320.
2. Cuáles indicadores de alarma de la Herramienta “DeviceViewer” del PRM se activaron
3. Los iconos de estado de los dispositivos en el panel izquierdo del PRM así como las
alarmas en el panel Historial de Mantenimiento del PRM.
26
Como se realizaron una gran cantidad de pruebas, se agruparon para un mejor análisis
como se muestra en la Tabla 2:
Grupo de
Descripción
Pruebas
Consisten en desconectar uno a uno cada uno de los cables que conforman
A
físicamente el segmento FF, incluyendo el apagado de la fuente de poder de 24V
que alimenta eléctricamente el segmento FF. Se realizaron 7 pruebas de este tipo
B
Consisten en desconectar uno por uno los cables que conectan el segmento FF
con el controlador STARDOM. Se realizaron 2 pruebas de este tipo.
Consisten en retirar una a una, y luego ambas resistencias que simularon la
C
temperatura medida por el transmisor como se muestra en el Figura 18. Se
realizaron 3 pruebas de este tipo.
D
E
Consistien en cortocircuitar uno a uno y luego ambos conectores para los
sensores como se muestra en la Figura 19. Se realizaron 3 pruebas de este tipo.
Se sobrecarga cada conector de sensor con una resistencia de 500ohm, como se
muestra en el Figura 20. Se realizaron 2 pruebas de este tipo
Se cambia el modo de algunos de los bloques FF del instrumento a modo O/S,
F
“Out of Service” (Fuera de Servicio). Un ejemplo de estas pruebas se muestra en
la Figura 21. Se realizaron 4 pruebas de este tipo.
Se realizan cambios en el tipo de sensor que tiene el bloque transductor. Un
G
ejemplo de estas pruebas se muestra en la Figura 22. Se realizaron 6 pruebas de
este tipo.
Tabla 2. Agrupación de las pruebas con los instrumentos FF
27
Figura 18. Ejemplo de desconexión de resistencias para las pruebas “C”
Figura 19. Ejemplo de cortocircuito de conectores para las pruebas “D”
Figura 20. Ejemplo de sobrecarga de conectores de sensores para pruebas “E”
28
Figura 21. Ejemplo de cambio a modo O/S para pruebas “F”
Figura 22. Ejemplo de cambio de tipo de sensor para pruebas “G”
4.5. Pruebas con dispositivos HART
Para esto, se conectaron dos instrumentos fabricados por YOKOGAWA, que se
comunican con protocolo HART.
Uno es un transmisor de presión diferencial, modelo
EJX110A, mientras que el otro es un transmisor de presión absoluta, modelo EJA530A.
29
Estos instrumentos se conectan a un módulo de entrada analógica con funcionalidad
HART del controlador STARDOM, modelo FCN. Cada instrumento se conecta a un canal
diferente, es decir, la conexión es punto a punto. La alimentación eléctrica de los instrumentos
fue provista por el mismo controlador.
Las pruebas consistieron en observar a través de la herramienta “DeviceViewer”, y
“DTM Work” que vienen con el PRM.
Con la herramienta “DeviceViewer” se observan la serie de alarmas que posee cada
instrumento.
Con el “DTM Work” observan todos los parámetros del instrumento usando la
tecnología FDT/DTM, incluso hacer el diagnóstico de un instrumento HART en particular.
30
5. MATERIALES Y EQUIPOS UTILIZADOS
En este capítulo se muestran todos los equipos, materiales y programas de software
usados en la realización de este proyecto.
5.1. Hardware
•
PC genérica tipo desktop, con procesador Intel® Pentium® 4, con procesador de 2.40
Ghz, 2,00 Gb de memoria RAM, 40Gb de Disco Duro, monitor de 17 pulgadas, teclado y
ratón.
•
Controlador STARDOM tipo FCN, con dos módulos de fuente de poder, modelo:
NFPW441, en configuración redundante, dos módulos CPU, modelo: NFCP100, un
módulo de entradas analógicas con función HART, modelo: NFA1143, un módulo de
comunicación Foundation Fieldbus, modelo NFLF111, como se observa en la Figura 23.
Figura 23. Controlador STARDOM tipo FCN, de YOKOGAWA
•
Transmisor de Presión diferencial FF, marca: YOKOGAWA, modelo: EJA430A
Figura 24. Transmisor de Presión Diferencial FF, de YOKOGAWA, modelo EJA430A
31
•
Transmisor de Temperatura FF, marca: YOKOGAWA, modelo: YTA320
Figura 25. Transmisor de Temperatura FF, de YOKOGAWA, modelo YTA320
•
Posicionador de Válvula Foundation Fieldbus, marca: FISHER, modelo: DVC5010F
Figura 26. Posicionador de Válvula FF, de FISHER, modelo DVC5010F
32
•
Transmisor de Presión diferencial HART, marca: YOKOGAWA, modelo: EJX110A
Figura 27. Transmisor de Presión diferencial HART, de YOKOGAWA, modelo EJX110A
•
Transmisor de Presión absoluta HART, marca: YOKOGAWA, modelo: EJA530A
Figura 28. Transmisor de Presión absoluta HART, marca YOKOGAWA, modelo EJA530A
•
Cables de diferentes colores, tamaño AWG 18 o AWG 20, 600V.
•
Destornilladores de pala y de estría.
33
5.2. Software
•
Sistema Operativo Microsoft Windows XP con Service Pack 2
•
Administrador del hardware del STARDOM: Resource Configurator Rev. 1.90
•
Editor del Programa de Control del STARDOM: Logic Designer, Rev. 1.90
•
Administrador de Activos de Yokogawa: PRM, Plant Resource Manager Rev. 3.
•
Configurador de segmentos Fieldbus: Fieldbus Engineering Tool, R4.30.00.
•
Verificador de segmentos Fieldbus: Device Management Tool, R4.30.00.
34
6. RESULTADOS OBTENIDOS
En este capítulo se muestran los resultados de las pruebas que se hicieron para
demostrar la funcionalidad del PRM como administrador de Activos.
6.1. Muestra de las características del PRM
En el panel de izquierdo del PRM se encuentra la organización de los instrumentos y
junto a cada instrumento se pudo observar que aparecen 2 símbolos, un círculo y un signo de
exclamación como se muestra en la figura 29. El círculo es para indicar el estado del
instrumento el cual cambia de color según el estado, si es gris es porque no hay comunicación,
si es verde, es porque el instrumento se encuentra en buen estado y no hay ninguna alarma en
él; y si es de color rojo es porque existe algún problema en el instrumento y requiere de su
atención. En este último estado, el personal de mantenimiento puede seleccionarlo y ver en la
pestaña de mantenimiento del panel Historial, en donde, se encontrará todos los datos de la
alarma, incluyendo la fecha y hora, descripción, posible problema, acción a tomar, etc.
El otro símbolo es un signo de exclamación amarillo, indicando que hay un mensaje en
el panel de Historial. Este mensaje puede bien ser una alarma o también un mensaje que
indique que el instrumento se encuentra en condiciones normales.
Hay que destacar que de aparecer estos dos símbolos o uno solo de ellos en algún
instrumento, aparecerá también en todas las carpetas contenedoras del nivel superior,
indicando al operador que hay un problema en un sitio específico, en una célula de proceso
específica, etc., y si estos niveles están comprimidos ocultando el instrumento, el operador del
PRM se de cuenta que dentro de ellos se encuentra un instrumento en mal estado.
Figura 29. Icono de Estado del dispositivo y de Alarma en los instrumentos
35
En la Figura 30, aparece la Vista de Planta del PRM, una forma de organizar los
instrumentos según el sitio(S), áreas (A), célula de proceso(C), Unidades (U), Módulos de
equipo (E) y finalmente los instrumentos.
Figura 30. Vista de Planta del PRM
En la Figura 31, se muestra la Vista de Red, donde se tiene una organización de los
instrumentos categorizados según el protocolo de comunicación, seguido de la ruta de
dispositivo al cual pertenece cada instrumento. En este caso se muestran 3 instrumentos FF y
2 instrumentos HART que están conectados al PRM simultáneamente a través mismo
controlador con la dirección IP: 192.168.0.29.
Figura 31. Vista de Red del PRM
36
En la Figura 32, se muestra la Vista de Clases del PRM, que organiza los instrumentos
según el protocolo de comunicación, luego el fabricante, el tipo de dispositivo (Posicionador
de válvula, transmisor de presión, transmisor de temperatura, etc.), luego el modelo, submodelo y finalmente el instrumento en sí.
Figura 32. Vista de Clases del PRM
En la Figura 33 se muestra la lista de herramientas de diagnóstico disponibles para los
instrumentos conectados al PRM.
En el recuadro rojo se observa que tenemos el
DeviceViewer, el DD Menu, y el DTM Works.
Figura 33. Herramientas especiales para los instrumentos
37
En la Figura 34 se muestra los detalles comunes de un instrumento en el PRM, en
donde se pueden observar datos como el fabricante, el tipo de instrumento, el modelo, la
revisión, la ruta de conexión, la dirección del segmento y otras informaciones que identifican
un instrumento dentro de una planta:
Figura 34. Detalles comunes de un instrumento en el PRM
En la Figura 35 se muestran otros detalles relacionados con la revisión del instrumento
y de los archivos DD que lo identifican como instrumento FF.
Figura 35. Detalles de identificación de un instrumento en el PRM
38
En la Figura 36, se muestra que dentro de la pestaña Block de la opción Details del
PRM está la lista de bloques que tiene un instrumento FF. En este caso, dentro del transmisor
de temperatura YTA320 están el Bloque de Recursos, el Bloque Transductor, 4 bloques de
Entrada Analógica, 4 bloques de Entrada Digital, y 2 bloques de Control PID.
Figura 36. Lista de bloques FF de un instrumento FF en el PRM
En la Figura 37 se muestran configuraciones acerca de la obtención de datos de un
instrumento por parte del PRM, como la criticidad, la toma en cuenta por la patrulla de
dispositivos y la muestra de alarmas.
Figura 37. Configuración en la obtención de datos de un instrumento por parte del PRM
39
6.2. Pruebas con el instrumento del segmento FF
En esta sección se muestran categorizados los resultados de las pruebas que se hicieron
con el transmisor de temperatura Foundation Fieldbus de YOKOGAWA, modelo YTA320.
6.2.1. Pruebas del Grupo “A”
El instrumento se apagó, y en el DeviceViewer, el estado del dispositivo y el de todas
las alarmas de autodiagnóstico se colocaron en Gris como es muestran en la Figura 38:
Figura 38. Estado de las Alarmas para pruebas del Grupo “A”
40
En el recuadro rojo de la Figura 39 se muestra la alarma de mantenimiento del PRM
“Communication error to device”, que quiere decir “Error de Comunicación al dispositivo” en
donde se propone como acción chequear el estado de conexión (“Check the connection
status”).
Figura 39. Alarma de Mantenimiento por la Prueba del Grupo “A”
41
6.2.2. Pruebas del Grupo “B”
En el DeviceViewer, el estado del dispositivo así como todas las alarmas de
autodiagnóstico se colocaron en Gris, como se muestra en la Figura 40
Figura 40. Estado de las Alarmas de las Pruebas del Grupo “B”
El instrumento seguía encendido y en una prueba mostró la alarma AL100, mientras
que en la otra no se mostró ninguna alarma.
En la sección detalles de la ventana de la Figura 41 se muestra la alarma de
mantenimiento “Communication error to device” que quiere decir “Error de Comunicación
con el dispositivo”, y se propone como acción “Check the connection status”, que quiere decir
“Chequear el estado de conexión”.
42
Figura 41. Alarma de Mantenimiento de las Pruebas del Grupo “B”
43
6.2.3. Pruebas del Grupo “C”
El estado del dispositivo se colocó en rojo, porque se colocó en rojo la alarma de
autodiagnóstico “Sensor1 Failure”, que quiere decir “Falla del Sensor 1”como se muestra en
la Figura 42
Figura 42. Estado de las Alarmas de las Pruebas del Grupo “C”
El instrumento mostraba en su pantalla de LCD la alarma AL040, como se muestra en
la Figura 43
Figura 43. Alarma 040 en la pantalla LCD del Transmisor YTA320
44
Se generó una alarma de mantenimiento en el PRM, que en la sección detalles indica
“Input Failure”, que quiere decir “Falla de Entrada” como se muestra en la Figura 44.
También muestra como causa “Este error ocurre cuando el sensor empieza a funcionar mal y
el dispositivo fieldbus falla al entregar la medida correcta” y como acción propone “Resolver
el problema o reemplazar el dispositivo fieldbus”
Figura 44. Alarma de Mantenimiento de la Pruebas del Grupo “C”
45
6.2.4. Pruebas del Grupo “D”
El estado del dispositivo se colocó en amarillo, ya que se colocó en amarillo las
alarmas de autodiagnóstico “Sensor1 Temp Too Low” y “Sensor2 Temp Too Low”, que
quiere decir “Temperatura del Sensor 1 muy baja” y “Temperatura del Sensor 2 muy baja”
respectivamente, como se muestra en la ventana del DeviceViewer de la Figura 45
Figura 45. Estado de las Alarmas de las Pruebas del Grupo “D”
El instrumento marcaba en su pantalla de LCD, las alarmas AL161 y AL171, como se
muestra en las Figura 46.
Figura 46. Alarmas AL161 y AL171 en la pantalla LCD del Transmisor YTA320
46
Se produjo una Alarma de mantenimiento en el PRM que la ventana detalles de la
Figura 47 indica como problema “Sensor1 Out of Range” que quiere decir “Sensor 1 Fuera de
Rango”. Además muestra como causa “Esta alarma es generada por un error específico del
dispositivo de este fabricante” y propone como acción “Observar los mensajes del patrulla de
dispositivos para resolver el problema o reemplace el dispositivo Fieldbus”.
Figura 47. Alarma de Mantenimiento de las Pruebas del Grupo “D”
47
6.2.5. Pruebas del Grupo “E”
El estado del dispositivo se colocó en Amarillo, debido a la alarma de autodiagnóstico
“Sensor2 Temp Too High”, que quiere decir “Temperatura del Sensor 2 muy alta” como se
muestra en la Figura 48:
Figura 48. Estado de las Alarmas de las Pruebas del Grupo “E”
El instrumento marcaba en la pantalla de LCD la alarma AL170 como se muestra en la
Figura 49.
Figura 49. Alarma AL170 en la pantalla LCD del Transmisor YTA320
48
Se produjo una alarma en la pestaña de Mantenimiento del PRM que en la sección de
detalles indicó como problema “Sensor 2 Out of Range”, que quiere decir “Sensor 2 Fuera de
Rango” como se muestra en la Figura 50. Además, mostró como causa “Esta alarma es
generada por un error específico del dispositivo de este fabricante” y propone como acción
“Observar los mensajes del patrulla de dispositivos para resolver el problema o reemplace el
dispositivo Fieldbus”.
Figura 50. Alarma de mantenimiento de las Pruebas del Grupo “E”
49
6.2.6. Pruebas del Grupo “F”
El estado del dispositivo se colocó en rojo, debido a una alarma grave de
autodiagnóstico que en una de las pruebas indicaba “TB in O/S mode”, que quiere decir
“Bloque de Recursos está en modo Fuera de Servicio” como se muestra en la Figura 51
Figura 51. Estado de las alarmas de las Pruebas del Grupo “F”
El instrumento indica en su pantalla de LCD la alarma AL022 como se muestra en la
Figura 52.
Figura 52. Alarma AL022 en la pantalla LCD del Transmisor YTA320
50
Se generó una alarma de mantenimiento en el PRM, que indicaba “Out of Service”,
como se muestra en la Figura 53. Además, en la ventana de detalles muestra como causa “El
modo de destino del bloque se colocó en Fuera de Servicio. Este mensaje puede ocurrir
cuando se está descargando al dispositivo Fieldbus y el bloque cambió de acuerdo al contenido
de la descarga”. Como solución dice que “Ninguna acción es requerida”
Figura 53. Alarma de Mantenimiento de las Pruebas del Grupo “F”
51
6.2.7. Pruebas del Grupo “G”
El estado del dispositivo se colocó en rojo, debido a alarmas de autodiagnóstico
graves.
En una de las pruebas indicaba las siguientes alarmas “Illegal Sensor Type
Combination” que quiere decir “Combinación ilegal de tipo de sensor” y la alarma “Not Used
Sensor2”, que quiere decir “Sensor 2 no usado” como se muestra en la Figura 54.
Figura 54. Estado de las Alarmas de las Pruebas del Grupo “G”
El instrumento indica en su pantalla de LCD las alarmas: AL032, AL034 y AL193,
como se muestra en las Figuras 55, 56 y 57 respectivamente.
52
Figura 55. Alarma AL032 en la pantalla LCD del transmisor YTA320
Figura 56. Alarma AL034 en la pantalla LCD del transmisor YTA320
Figura 57. Alarma AL193 en la pantalla LCD del transmisor YTA320
53
Se generó una alarma de mantenimiento en el PRM, que en la sección de detalles de la
ventana en la Figura 58, indica como problemas: “Other”, “Out of Service” y “Configuration
Error”, que quieren decir “Otras”, “Fuera de Servicio” y “Error de Configuración”
respectivamente. Así como también, se muestran como causas “Esta alarma es generada por
un error específico del dispositivo de este fabricante” y “El modo de destino del bloque se
colocó en Fuera de Servicio”. Como acciones propone “Observar los mensajes del patrulla de
dispositivos para resolver el problema o reemplace el dispositivo fieldbus” y “Ninguna acción
es requerida” respectivamente.
Figura 58. Alarma de mantenimiento de las Pruebas del Grupo “G”
54
6.3. Pruebas con los dispositivos HART
En esta sección se muestra la capacidad del PRM de trabajar con instrumentos HART,
poder hacerle un diagnóstico de sus alarmas y modificar sus parámetros.
6.3.1. Pruebas con el Transmisor EJA530A
Con la herramienta DeviceViewer se muestra el estado de las alarmas de
autodiagnóstico del instrumento, en donde se observa las fallas de hardware y el estado del
transductor del transmisor de presión, como se muestra en la Figura 59.
Figura 59. Estado de las alarmas de autodiagnóstico del transmisor EJA530A
55
Además con la misma herramienta se muestra una serie de operaciones de calibración
y prueba que son soportados por el instrumento como se muestra en la Figura 60.
Figura 60. Herramientas de calibración del Transmisor de Presión EJA530A
También con el DTM Works se puede observar el estado del dispositivo, como se
muestra en la Figura 61. En este caso se muestran variables como porcentaje del rango
medido, la presión medida, la temperatura del instrumento, y una serie de alarmas como
“Variable de proceso fuera de los límites”, “Error del sensor de presión”, entre otras.
Figura 61. Estado del Transmisor de Presión EJA530A
56
6.3.2. Pruebas con el Transmisor de Presión EJX110A
Con la herramienta DeviceViewer se muestra el estado de las alarmas de
autodiagnóstico del instrumento, en donde se observa las fallas de hardware y el estado del
transductor del transmisor de presión, como se muestra en la Figura 62.
Figura 62. Estado de las alarmas de autodiagnóstico del Transmisor EJX110A
57
Con la herramienta DTM Works, se pueden cambiar las entradas del proceso de un
instrumento HART, entre las cuales están la unidad de medida de la variable principal, la de la
punto de ajuste y la de la temperatura del instrumento como se muestra en la Figura 63:
Figura 63. Entradas del proceso del transmisor de presión EJX110A
En el DTM Works también se pueden ajustar los valores de las Alertas del proceso,
entre estas: el punto de alerta Alto y punto de alerta Bajo tanto de la variable del proceso así
como la de la temperatura del instrumento que se muestran en la Figura 64:
Figura 64. Alertas del proceso del Transmisor de Presión EJX110A
58
7. DISCUSIÓN DE LOS RESULTADOS
Como se muestra en la Figura 54 para un instrumento FF y en la Figura 59 para un
instrumento HART, la herramienta “DeviceViewer” del PRM junto con los archivos DD de los
instrumentos, se pueden observar el estado de todas las alarmas del instrumento bien listadas y
categorizadas. Además, cada una de ellas tiene a su lado un círculo verde que hace las veces
de diodo LED y cuando ocurre una alarma empieza a titilar en rojo (Figura 51) o en amarillo
(Figura 48) según lo grave de la alarma.
Esto le permite al personal de mantenimiento saber de manera sencilla, el estado de
cada instrumento y la alarma específica que se ha generado. Pero hay que acotar que la
herramienta “DeviceViewer” es para ver un solo instrumento a la vez, por lo tanto, el personal
de mantenimiento deberá seleccionar el instrumento que quiera diagnosticar sus alarmas en un
momento dado.
El “DeviceViewer” no solo muestra el estado de las alarmas de los dispositivos, sino
también, las variables principales del instrumento, como la variable de proceso, su valor en
porcentaje, la temperatura del instrumento como se observa en la Figura 62. Además de
mostrar el valor de las variables, también se muestra una tendencia de estos valores, en la cual
puedan ser actualizados a una tasa mínima de 5 segundos.
El PRM como herramienta de mantenimiento y diagnóstico trae una serie de
implicaciones positivas, entre las cuales está la reducción del tiempo empleado por el personal
de mantenimiento en una planta y la rápida detección de problemas en la instrumentación. Sin
el uso de un administrador de activos, las tareas de mantenimiento implican entre otras cosas,
el traslado frecuente del personal de mantenimiento al sitio donde se encuentran los
instrumentos, lo que se denomina rutina de chequeo.
Esta rutina de chequeo, en la gran
mayoría de las veces ha sido para indicarle al personal de mantenimiento que todos los
instrumentos no tienen ningún problema. Estos chequeos pueden reducirse drásticamente
gracias al uso de un administrador de activos como el PRM.
Con el uso de un administrador de activos, como se muestra en la Figura 30, se puede
ver en solo panel el estado de todos los instrumentos que tiene la planta. Y si se trata de una
planta con muchos instrumentos, el operador del PRM, encontrará una manera fácil de
encontrar uno en específico gracias a que se pueden organizar muy bien en la Vista de Planta.
Por otra parte, si el problema es de comunicación, el usuario del PRM, puede dirigirse a la
59
Vista de Red (Figura 31), y encontrar la ruta de comunicación del instrumento con ese
problema y dirigirse directo al blanco, es decir, a donde se encuentre toda la conexión de ese
instrumento, aumentado así la eficiencia del trabajo de mantenimiento.
La función principal de un administrador de activos es la mantener en un sistema de
información todos los datos de los activos de una planta, teniendo la posibilidad de almacenar
la información de un dispositivo base, como por ejemplo, los datos relacionados al fabricante
y modelo de un instrumento (Figura 32), así como la también la data de los parámetros del
instrumento y además, llevar un historial de todas las alarmas que generen estos activos y de
todos los cambios hechos por el personal de mantenimiento de una planta.
Cabe destacar que el administrador de activos PRM puede diagnosticar no solo
instrumentos FF, sino también los instrumento HART como se puede observar en las Figuras
31 y 32, con la posibilidad de hacerlo simultáneamente en un solo programa. Si se observa la
tecnología de Fieldbus Device Tools, a través de la herramienta DTM Works en la que se
obtuvieron los parámetros de un instrumento HART, se puede decir que si bien permite
obtener de una manera organizada los parámetros de los dispositivos, solo se limita a
conectarse con un solo dispositivo al mismo tiempo, es decir, no tiene la posibilidad de tener
una visión amplia de toda la instrumentación de la planta, como la que posee la herramienta de
administrador de activos PRM.
Las herramientas orientadas a FDT/DTM son el avance a los comunicadores
“handheld”, ya que se trata de un programa en una PC portátil, y permite comunicarse con
dispositivos de distintos fabricantes y a través de varios protocolos como FF, HART,
PROFIBUS, etc. Sin embargo, tienen la limitación de conectar la PC donde ellas residen,
directamente a la red de control a través de una tarjeta, lo que implica el trasladado al lugar
donde se encuentra la red de control, mientras que con un administrador de activos como el
PRM, se puede tener la PC del visualizador del PRM en un lugar bien remoto como una sala
central de mantenimiento.
60
8. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
La Tecnología Foundation Fieldbus ha permitido que los instrumentos no solo envíen
la variable del proceso sino también puedan enviar información acerca de su diagnóstico,
como una serie de alarmas predefinidas en los archivos DD que lo caracterizan.
Además, con esta tecnología junto con una herramienta de administración de activos,
se pueden configurar los instrumentos desde un lugar remoto, por ejemplo, desde la sala
central de control, sin tener que trasladar el personal de mantenimiento al lugar donde se
encuentra el instrumento.
La función básica de un administrador de activos es la de mantener un sistema de
información con todos los datos de los instrumentos como: identificación, configuración de
parámetros, historial de las alarmas generadas por estos instrumentos, etc.
Las herramientas administradoras de activos tienen la potencialidad de chequear el
estado de los dispositivos en línea de manera remota, para determinar cual de ellos requieren
de mantenimiento, eliminando la necesidad de diagnosticar los instrumentos uno por uno.
Gracias a que un administrador de activos, como el PRM, guarda en un sistema de
información todos los datos relativos a los instrumentos de una planta, al momento de
reemplazar algún instrumento, la configuración del nuevo dispositivo por parte de un
administrador de activos se realiza automáticamente con darle la orden al programa,
eliminando la necesidad de buscar en la base de datos los parámetros de ese instrumento y
empezarlo a configurar manualmente parámetro por parámetro.
Con estas características se puede decir que la herramienta administrador de activos
resulta una herramienta poderosa cuando se trata de administrar y diagnosticar los
instrumentos de una planta, un gran avance con respecto a la manera como se administraban y
diagnostiban los instrumentos anteriormente.
Este estudio puede dirigirse a analizar las funciones de diagnóstico avanzado de un
administrador de activos, donde se realizan un diagnóstico predictivo de los instrumentos para
indicarle al personal de mantenimiento que un instrumento está pronto a deteriorarse.
Este
diagnóstico avanzado consiste en analizar ciertos datos de los instrumentos y a través de
algoritmos avanzados, que pueden ser configurados por un programador, realizar un
diagnóstico predictivo de los instrumentos, es decir, predecir que un instrumento se está
61
acercando a dañarse, por tanto, sugerirle al personal de mantenimiento que reemplace el
instrumento antes de ocurrir una falla y detener el funcionamiento de una planta.
Con todas estas ventajas, la herramienta de administrador de activos pretende reducir
los costos generados por mantenimiento, tener una planta disponible por mucho más tiempo y
por consiguiente, aumentar el tiempo de vida de la planta y de los elementos que la
conforman.
Esta es una prestación muy útil en las plantas petroleras, petroquímicas e
hidroeléctricas donde la cantidad de activos es considerablemente numerosa y las tareas de
mantenimiento se tornan complejas.
Con el nivel de producción que exige la demanda de un mercado en la actualidad, se
requiere que las plantas de manufactura, químicas, petroleras, petroquímicas e hidroeléctricas
estén funcionando de manera contínua, o por lo menos, que se reduzcan las paradas
innecesarias de planta.
Estos problemas son resueltos por un administrador de activos en
unión con instrumentos “inteligentes”, ya que alertan al personal de mantenimiento que un
instrumento se está deteriorando o está dañado, y por lo tanto, la velocidad de reparación o
reemplazo de un instrumento aumenta considerablemente.
Sincotec, c.a. como empresa de implementación de sistemas de automatización tendría
como otro producto, el software de administración de activos, PRM para darle valor agregado
a los sistemas implementos en sus clientes nuevos y antiguos. De esta manera, se aumentaria
en las industrias venezolanas la capacidad para administrar y diagnosticar instrumentos de una
forma más ordenada y rápida.
62
9. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
[1]
Yokogawa Electric Corporation, “Plant Resource Manager Reference”. IM33Y05Q1011E. 1st Edition, Tokio, pp. A1-1 – A1-2, A1-16 – A1-18 (2006)
[2]
www.fieldbus.org
[3]
www.yokogawa.com/ncs/Stardom/FAQs/ncs-faqIndex-en200300.htm
[4]
CREUS SOLE, Antonio, “Instrumentación Industrial”, Editorial MarcomboAlfaomega, 7ª Edición, México, pp. 61-75 (2005)
[5]
KONISHI, Nobuaki, “Asset Excellence – An approach to innovative asset
management”, en “Yokogawa Technical Report English Edition”, Tokio, No. 44 (2007)
[6]
MATSUMOTO, Kouhei y SAKAMOTO, Hideyuki, “PRM R3.0 New Plant Resource
Manager”, en “Yokogawa Technical Report English Edition”, Tokio, No. 44 (2007)
[7]
Yokogawa Electric Corporation, “PRM: Centralized Asset Management and Intelligent
Diagnostics”, Bulletin 33Y05Q10-31E, Tokio (2004)
[8]
Yokogawa Electric Corporation, “FOUNDATION Fieldbus Book – A Tutorial”,
TI38K02A01-01E, 2ª Edición, Tokio, pp. 1-1 – 1-4, 4-10 – 4-11.
[9]
Yokogawa Electric Corporation, “Plant Resource Manager Installation”, IM33Y05Q1201E, 1ª Edición, Tokio, pp. 2-1 – 2-90 (2006)
[10] Yokogawa Electric Corporation, “STARDOM Plant Resource Manager”, IM34P02Q5201E, 7ª Edición, Tokio, pp. 4 - 9 (2006)
63
APÉNDICES
En esta sección se muestra información adicional que pudiese ser útil para el buen
entendimiento del PRM como administrador de activos.
A. Requerimientos de la PC para instalar el PRM
Los requerimientos del sistema para cuando se van a instalar el PRM Server, el Field
Communication Server y el PRM Client en una sola PC, son los siguientes:
Hardware
Tipo de PC:
IBM Compatible
CPU:
1 GHz o mayor
Memoria:
768 + 80x (número de FCN) MB o más
Disco Duro:
6 GB o más
Resolución de pantalla:
1024x768 o mayor, 256 colores o más.
Software
Sistema Operativo: Windows XP Service Pack 2, Windows 2003 Server Service Pack 1 o
Windows 2003 Server R2.
64
B. Glosario
DD: Se trata de archivos escritos con un lenguaje del programación estándar EDDL, y sirven
para dar una descripción electrónica de los parámetros de los dispositivos para un software. [1]
DTM: Se trata de un programa de software que sirva para configurar y/o sintonizar los
dispositivos. Este programa debe ser cumplidor del estándar FDT/DTM, de manera que un
con software DTM, se pueden configurar instrumentos de varias compañías. [1]
EDDL: se trata de un lenguaje de programación usado para crear archivos de Descripciones
de Dispositivos (DDs) que describan los parámetros y el comportamiento de los instrumentos.
Es usado por los fabricantes de instrumentos. [2]
FCJ: Es el controlador STARDOM de la corporación YOKOGAWA de tipo compacto, es
decir, no se pueden agregar o quitar módulos, sin embargo, pueden conectarse entre sí en un
bus. Posee entradas y salidas discretas y analógicas, dos canales Fieldbus Foundation, dos
puertos RS-232, y dos puertos de red Ethernet. [3]
FCN: Es el controlador STARDOM de tipo modular, es decir, está formado por la unión de
módulos como una fuente de poder, un CPU, diversos módulos de E/S, y otros según lo
necesitado, permitiendo así la expansibilidad y la redundancia de acuerdo a los requerimientos
del proceso. [3]
FBAP: Se trata de un programa de control compuesto por bloques funcionales, en el cual se
interconectan las señales de entrada/salida entre los instrumentos y entre ellos y el sistema de
control. [3]
FOUNDATION FIELDBUS: Es un protocolo estándar de comunicación digital, en serie y
multipunto entre los instrumentos y/o sistemas de control en un ambiente industrial. Este
65
estándar fue diseñado para cumplir con las restricciones de la norma IEC 1158-2, cuya idea
básica es obtener más información acerca del proceso y del mismo instrumento. [2]
HART: es abreviatura de “High way-Addressable-Remote-Transducer” (Transductor remoto
direccionable de con alto tráfico) es un protocolo de comunicación digital para la
instrumentación desarrollado originalmente por la firma Rosemount, pero dada a su gran
aceptación, ha sido extendido a muchos otros fabricantes.
Este protocolo permite soportar
hasta 256 variables, los transmisores pueden conectarse entre sí a través de un bus y
comunicarse hasta con 15 controladores (PLC, computadoras, etc.). [4]
LCD: significa “Liquid Crystal Display” que quiere decir “Pantalla de Cristal Líquido”. Es
una pantalla colocada en instrumentos modernos y es usada para mostrar el valor de ciertas
variables, principalmente, la variable del proceso.
NCS: significa “Network-based Control System” (Sistemas de Control basado en Redes), es
un nuevo concepto introducido por la compañía YOKOGAWA, el cual se trata de un
controlador cuyo bus principal es el Ethernet usado comúnmente en las redes de oficina. Esto
evita el uso de convertidores de bus, para integrar las redes de niveles superiores a los
controladores, logrando así, llevar los controladores a la era del comercio electrónico. [3]
PC: abreviatura de “Personal Computer”, se utilizará para abreviar una Computadora
Personal Genérica, con los requerimientos necesarios para la labor que se pretende aquí.
PLC: es abreviatura de “Programmable Logic Controller” (Controlador Lógico Programable).
Se trata de un controlador que reemplazó a los circuitos de relé para realizar un control
secuencial y sobre todo discreto de una planta.
Cuenta principalmente con una serie de
puertos de entrada y salidas discretas, con un procesador y con una memoria que guarda el
programa de control. Con los avances de la tecnología, los PLCs actuales pueden realizar
también control regulatorio, y entonces, traen consigo puertos de entrada y salida analógicas.
66
POU: abreviatura de “Program Organization Units” (Unidades de Organización del
Programa). Son elementos de un programa de control que realizan una función específica y
permiten organizar el programa de control de manera tal que sea más fácil de diseñar y de leer.
Vistos en un programa de control, son bloques con entradas y salidas, que realizan cierta
función. [3]
PROFIBUS: es una red abierta y estándar para la instrumentación de campo que es muy
popular en Europa. Tiene la posibilidad de la alimentación eléctrica de los instrumentos por el
mismo par de cables usados para las señales. Las funciones básicas de todos los instrumentos
están estandarizadas de manera que pueden intercomunicarse con instrumentos de otros
fabricantes, ya que toda la información de los parámetros del instrumento es accesible a través
de archivos con formato EDDL. [4]
SCADA: es el acrónimo de “Supervisory Control and Data Acquisition” (Sistema de Control
Supervisorio y Adquisición de Datos).
Se trata de todo un sistema compuesto por
instrumentos, medidores, controladores, y estaciones de trabajo, que permiten tomar datos de
un proceso, visualizarlos a través de una interfaz humano-máquina, almacenarlos en una base
de datos, y realizar acciones sobre los controladores, como cambio de punto de ajuste, realizar
paradas de emergencia, procedimientos para arrancar una planta, apagar y encender bombas,
abrir o cerrar válvulas, todo esto hecho por uno o varios operadores desde estaciones PC.
STARDOM: es el acrónimo de “STrategic ARcher for new business DOMain”.
Es el
controlador desarrollado por la firma YOKOGAWA, basado en su concepto de NCS, es decir,
se conecta a las PCs, de nivel superior a través de Ethernet, utilizando una tarjeta de red
convencional en la PC. Posee integrado una máquina virtual Java, lo que permite realizar
aplicaciones para ser vistas en un navegador de Internet convencional. Vienen en 2 modelos:
FCN (modular) y FCJ (compacto). [3]
ID del Dispositivo: es una secuencia alfa-numérica única para cada módulo de control
(instrumento). Toda la información de auditoría relacionada con un módulo de control son
almacenados en la base de datos del PRM, usando el ID del dispositivo como clave primaria.
67
En el mundo, no existen dos ID de dispositivos iguales, por lo tanto, el PRM no admite dos ID
del dispositivo. [1]
Dirección de Nodo: Es la Dirección de un instrumento Fieldbus Foundation dentro de un
segmento FF.
Dispositivos Convencionales: Se trata de los instrumentos analógicos que se han venido
utilizando anteriormente, es decir, los que tienen como señal de salida con formato 1 a 5 V, 4 a
20mA, o on/off (discretas) sin poseer comunicación digital. [1]
Dispositivos Estáticos: Es el nombre dado a los instrumentos que no tienen señales eléctricas,
por ejemplo, los instrumentos de señales neumáticas de 3 a 15 psi. [1]
Dispositivo “Inteligente”: Este es el nombre que se le ha dado a los instrumentos que se
comunican a través de protocolos de comunicación digital, es decir, con los protocolos
FOUNDATION Fieldbus, HART, PROFIBUS y Modbus. Estos instrumentos son los únicos que
pueden comunicarse con el PRM [4]
Firewall: quiere decir “Muro de Fuego”, y se trata de un programa residente del sistema
operativo de una PC que bloquea ciertos puertos para evitar intrusos cibernéticos y reducir el
ataque por parte de virus a través de la red.
IEC61131-3: es un estándar desarrollado por la IEC (International Electro-technical
Commission) para tener una directriz en cuanto al uso lenguajes de programación usados en
los Controladores. El IEC61131-3 cubre los siguientes lenguajes de programación: Diagramas
de Bloques Funcionales (FBD), Diagramas de Escalera (LD), Gráficos de Funciones
Secuencial (SFC), Texto Estructurado (ST) y Lista de Instrucciones (IL). [3]
Módulo de Control: en el PRM, es la unidad más pequeña que puede existir en la
Organización de la Planta, dicho de otra manera, son los instrumentos y medidores que tiene la
planta. Se identifica con el “ID del dispositivo”. Cada ID del dispositivo corresponde a un
único módulo de control.
68
Ejemplos: Válvulas, Posicionadores de Válvulas, transmisor de presión diferencial,
flujómetros, analizadores, etc. [1]
Módulo de Equipo: se presenta en la Vista de Planta del PRM y trata de un instrumento
lógico conformado por uno o varios módulos de control.
Los módulos de equipos se
identifican por un Tag de dispositivo. [1]
Ejemplo: Válvula de Control, como se muestra en la figura 61
Válvula de control (módulo de equipo)
Válvula (módulo de control)
Posicionador de Válvula (módulo de control)
Figura 65. Ejemplo de módulo de equipo
Plug & Play: Es un término técnico en la electrónica que se traduce “Enchufa y Enciende”, y
que en el PRM, corresponde a un método para obtener los dispositivos conectados a una red,
detectándolos automáticamente. Luego, el dispositivo necesita ser registrado. [1]
Ruta de dispositivos: Es la ruta que define los enlaces de comunicación entre el PRM y los
instrumentos. Una ruta de dispositivo deberá ser definida para cada segmento FOUNDATION
Fieldbus, para cada grupo de instrumentos HART, o para cada canal de comunicación serial a
través del conector RS-232. [1]
Segmento FF: Se trata de una rama de instrumentos FF conectados entre sí en forma serial,
con un acondicionador de fuente de poder, y dos terminadores en los extremos de la rama. [2]
Tag del Dispositivo: es un nombre que le coloca el usuario del PRM a un módulo de equipo,
conformado por 32 caracteres. Por lo general, en el PRM, un módulo de control hereda el Tag
del dispositivo del módulo de equipo al cual pertenece.
Toda la información almacenada en la base de datos del PRM puede ser filtrada y/o buscada
usando el Tag del dispositivo, que es una forma más fácil para el ser humano, que recordar el
ID del dispositivo.
69
La figura 66 muestra un ejemplo de la relación entre módulos de control, módulos de equipos,
ID de dispositivo y tag del dispositivo. [1]
Módulo de equipo
Módulo de equipo: V100
Módulo de control
Tag del Dispositivo: V100-1
Device ID: 5949323001
Módulo de control
Tag del Dispositivo: V100-2
Device ID: 44563-1
Módulo de equipo
Módulo de control
Módulo de equipo: PT100
Tag del Dispositivo: PT100-1
Device ID: 5949323002
Figura 66. Relación entre módulos de control, módulos de equipos, tag e ID del dispositivo
70
C. Procedimiento de instalación del PRM
En la Figura 67 se muestra el flujograma de instalación para instalar todos los componentes
del PRM en un solo PC [9].
Inicio
Instalar Windows
Instalar Windows Service Pack 2
Configurar Windows
Desactivar funciones de seguridad
Instalar Paquetes del PRM
Configuraciones luego de instalar
el PRM
Fin
Figura 67. Flujograma de Instalación del PRM
Configurar Windows.
Una de las primeras cosas que se hace en Windows es la de colocar una clave para el
usuario Administrador del Sistema Operativo Microsoft Windows en la PC donde se instala
posteriormente el PRM. Esto se hace con el objetivo de permitir al programa de instalación
del PRM que luego que reiniciara la PC automáticamente, pueda ingresar al sistema operativo
durante el procedimiento de instalación.
Luego, se observa la memoria virtual usada por Windows, y se verifica que sea mayor
o igual a 1 GB, sino es así, se ajusta para que sea 1GB.
Después se desactivan las configuraciones de ahorro de energía de Windows, de
manera que el sistema no entre en modo espera, no apague el monitor ni los discos duros, y
mucho menos se coloque en modo Hibernación, como se muestra en la Figura 68 y 69:
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Figura 68. Pestaña Esquemas de Energía del cuadro de diálogo Propiedades de la Energía
Figura 69. Pestaña Hibernación del cuadro de diálogo de Propiedades de la Energía
Desactivación de las funciones de Seguridad
Existen funciones de seguridad de Windows que vienen por defecto y se necesitan
desactivar para la apropiada instalación y el buen funcionamiento del PRM.
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Primeramente, se debe desactivar el Firewall de Windows, ya que es requerido por el
PRM para compartir archivos y carpetas en la red de control, como se muestra en el cuadro de
la Figura 70. Por esta razón, se recomienda que la PC donde se use el PRM no se conecte a
Internet.
Figura 70. Cuadro de diálogo de Configuración del Muro de Fuego (Firewall) de Windows
Posteriormente, se edita la configuración DCOM, en donde se configura como Control
Total en los permisos de acceso y en los de ejecución y activación a todos los usuarios de la
PC, y a los usuarios anónimos. Esto debido a que el PRM crea cuentas de usuario y, en caso
de tener instalados los 3 componentes principales del PRM en PC distintas, los usuarios de una
PC puedan tener permisos para acceder y ejecutar en las otras PC, como se muestran en las
Figura 71 y Figura 72.
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Figura 71. Permitir el acceso local y remoto y luego aceptar
Figura 72. Permitir los permisos de ejecución y activación local y remota
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Después se configura la seguridad local del sistema operativo, en donde se permite que
los permisos de acceso por red de Todos los Usuarios (Usuarios de Windows registrados en
una PC) se apliquen también a los Usuarios Anónimos (Usuarios registrados en otra PC),
como se muestra en la figura 73.
Figura 73. Permitir que los permisos de todos se apliquen a usuarios anónimos
Antes de Instalar todo el PRM en una sola PC
Se toma la precaución indicada en el manual de instalación de modificar y agregar al
registro del Sistema Operativo Windows un archivo, para crear unas cuentas de usuario en
PRM para poder tener la funcionalidad del PRM en una sola PC.
Instalar el PRM
Para instalar el PRM, se cuenta con los 5 CD-ROM de instalación del PRM, se inserta
el primero, y se siguen las instrucciones que aparecen en la pantalla.
Durante este proceso, aparece una ventana en donde se tiene que seleccionar los
paquetes que se quieren instalar, y en este caso, solo se seleccionaron los 3 componentes
principales del PRM, como se muestra en la figura 74:
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Figura 74. Selección de los paquetes del PRM
Luego, el procedimiento de instalación indica que se instalarán algunos programas que
son requisitos para el funcionamiento del PRM.
La Figura 75, muestra cuales son los
programas instalados:
Figura 75. Muestra de los pre-requisitos de instalación del PRM
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Algunos de ellos, requieren del reinicio de la PC, como se muestra en la Figura 76:
Figura 76. Indicación de la secuencia de Instalación de los Pre-requisitos
Durante, el proceso de instalación se cambia de CD-ROM de acuerdo a las
instrucciones que iban apareciendo en la pantalla.
Configuraciones luego de haber instalado PRM
Configuraciones para acceso remoto
El proceso de instalación del PRM, devuelve las configuraciones de DCOM hechas
anteriormente. Se tienen que volver a realizar.
Además, se abre la ventana de opciones de seguridad para políticas locales de
seguridad y en una opción de acceso de red, se selecciona que los usuarios locales se
autenticaran ellos mismos [10]
Definición del destino de la colección de mensajes
También, para el uso del PRM, se debe definir las direcciones IP de los controladores
STARDOM a conectarse. Esto se realiza modificando un archivo con un editor de texto,
Si el controlador STARDOM tiene, por ejemplo, la dirección IP 192.168.0.11 se
escribe lo siguiente:
FCN01, 192.168.0.11
En donde “FCN01” es el identificador que se coloca al controlador STARDOM utilizado. [10]