What is the difference between Sinking and Sourcing Input Configuration – PLC ?

Documento que muestra las diferencias entre las conexiones de entrada sinking y sourcing entre sensores y PLC`s.

Solo deben recordar que

Sinking (la corriente entrara al dispositivo)
Sourcing (la corriente saldra del dispositivo)
Ya lo veremos con mayor claridad en unos diagramas.

Sink (sumidero) en sensores esta asociada a transistores NPN y su caracteristica es que cuando cambia de estado saturación-corte conectan a tierra. En PLC es cuando el común esta conectado a tierra.
Source (fuente) esta asociada a transistores PNP y su característica es que cuando cambia de estado saturación -corte conectan con la fuente (de ahí su nombre).En PLC es cuando el común es VCC o 24VDC.

Veamos unos gráficos que explican lo anterior vamos a ver cuando el transistor esta en OFF y cuando esta en ON para cada configuración (Sourcing and sinking de sensores y PLC)

Sensor Sinking y PLC sourcing (la activación se dará por 0 voltios)

Explicación del diagrama:
El PLC tiene entrada sourcing porque por allí saldrá corriente en algún momento observen que el común del PLC es VCC+

El transistor es sinking porque por ahi entrara corriente (aunque en realidad es una salida jajaja, no se confundan se que al principio suele suceder), como el transistor esta en Off, existe un circuito abierto entre el emisor y el colector, razón por la cual en la entrada del PLC hay VCC+.

Explicación del diagrama:
Cuando el sensor esta en ON o activado, hay un cambio en el estado corte-saturación del transistor razón por la cual se genera un corto entre el colector y el emisor, conectando el colector a tierra, voila… la entrada del PLC es 0 voltios también, en azul pueden ver la dirección de la corriente.

Sensor Sourcing y PLC sinking (Activación se dará por Vcc)

Explicación del diagrama:
El PLC tiene entrada sinking porque por ahí entrara corriente en algún momento, como un sifón o sumidero, observen que el común del PLC es tierra o 0 voltios.

Como el transistor esta en Off, existe un circuito abierto entre el emisor y el colector, razón por la cual en la entrada del PLC hay 0 Voltios.

Explicación del diagrama:
Cuando el sensor se activa se crea un corto entre el emisor y el colector, la corriente circula, lo que da como resultado que en la entrada del PLC ahora haya 24VDC o VCC.
Listo!!!Ese era todo el misterio de los términos sourcing y sinking con sensores y PLC.

También se puede presentar la conexión de un sensor sourcing (PNP) con entrada PLC sourcing (común a VCC) como en la entrevista que les comente, en este caso se debe utilizar un adaptador para sensores sourcing hacia entradas sourcing (4N35), lo mismo ocurre para sensores sinking (NPN) con entradas PLC Sinking (común a tierra).

Pequeña comparación de Scada’s (Labview Vs. InTouch-Wonderware)

Debo admitirlo… me gusta este cuento, pero me gusta mas divulgarlo por el mundo para que todos lo conozcan... no dejo de maravillarme con el avance de la tecnologia, seguimos una vez mas con el interesante mundo de la automatización industrial y el mantenimiento.

Quiero aclarar que mi objetivo no es desprestigiar ni alagar ningún sistema en particular, lo que voy a hacer es una prueba súper sencilla, aclaro soy imparcial al hacer esta mini- prueba, simplemente deseo hacer una comparación y mostrar mis observaciones y que mejor forma de hacerlo que por este medio.

Den click en cada icono para conocer mas acerca de ellos.

Hoy haré una prueba de desarrollo con estos dos SCADA’s, un mano a mano, algunos lo podrán llamar una peleita amistosa, el objetivo: crear la misma mini-aplicación con los dos programas y destacar las ventajas y deficiencias para cada uno de ellos, de ahí que esta entrada se llame Labview VS. Intouch.

Mas adelante me gustaría seguir haciendo pruebas con otros Scada como WinCC (Siemens), no lo conozco muy bien pero me gustaria conoceerlo, he visto algunas aplicaciones y como cosa rara no deja de causarme curiosidad conocerlo, eso es lo bonito de la ingeniería… es la misma en todo el planeta, yo creo que eso no me mueve solo a mi , “la curiosidad y la ingeniería son los que transforman el mundo”, palabras de mi escritor favorito Isaac Asimov.

Bueno, volviendo al cuento… debido a mi gran gusto por enseñar a otros, con los dos programas mostrare la forma de hacer la aplicación que vamos a hacer, no haré las pruebas por mi cuenta y después haré un resumen sin que ustedes no prueben por su cuenta lo que yo hice.

Los criterios de comparación que utilizare serán:
1. Look and feel: Para los que no saben que es, voy a dar un ejemplo… que Windows es mas atractivo visualmente entre Windows vista y Windows 3.1 (lo recuerdan)???
Una aplicación de software sin importar el tipo que sea (para nuestro caso una aplicación industrial, los bacanos SCADA’s), deben contar con una estética visual agradable para el usuario, de fácil interpretación y que además despierte en el usuario interés y agrado por la misma. Al final, este ítem responderá la pregunta; cual se ve mas atractivo visualmente? algunos diran... cual se ve mas bonito?

2. Amigabilidad con el desarrollador: Con este Ítem quisiera evaluar, que tan fácil o difícil es realizar una sencilla aplicación, es decir, que tan intuitivo es el uso de la herramienta. Este ítem responderá la pregunta; cual es mas fácil de programar?

3. Tiempo de desarrollo: Depende del programador, sin embargo no soy el súper experto en el área, aprecio el seguir aprendiendo día a día y trabajo fuertemente en ello, pero, siento que tengo igual conocimientos de Labview y de Intouch, razón por la cual, así sea poco el conocimiento que tengo, es un criterio de comparación. Este ítem responderá la pregunta; en cual se desarrolla mas rápido una mini aplicación?

4. Gestión de datos: En la supervisión y control de procesos, la gestión y administración de la información de los procesos cumplen un papel clave, dado que en un futuro estos datos podrían generar tendencias de falla o éxito del proceso en si, debido a la complejidad de los procesos hoy en día, el uso de bases de datos es un asunto para nada alejado de los Scada’s, así que deberemos analizar las opciones que brinda cada uno de ellos. Este ítem responderá la pregunta; cual hace gestión de datos mas robusta y completa?

OK, entonces empecemos… Antes de iniciar en forma, quisiera hacer una pequeña anotación… el ejercicio que haré será un ejercicio de supervisión, no de supervisión y control porque lamentablemente no dispongo de los equipos, pero mas adelante me gustaría que fuera un ejercicio completo de supervisión y control de algún proceso, con instrumentación y todo.

He tenido la oportunidad de trabajar en algunos proyectos de automatización pero por motivos profesionales no puedo divulgar esa información de manera abierta, razón por la cual, una vez mas tratare de crear un ejercicio que cumpla con características reales del mundo industrial.

A continuación una mini introducción:
Las alarmas en un Scada juegan un papel importante debido a que su gestión permite hacer correcciones, optimización y rediseños de procesos de automatización en la industria, es por esta razón que la gestión de alarmas es lo mínimo que deberíamos conocer a la hora de hacer un proyecto de automatización industrial que involucre niveles superiores como los Scada’s.

Escenario (esta será la mini aplicación que haremos)

Se requiere supervisar la temperatura de un proceso industrial que oscila entre los -27°C y los 20°C.
- Si la temperatura del proceso es menor a los -27°C se deberá activar una alarma “Alarma por Temperatura muy baja”
- Si la temperatura del proceso sobrepasa los 20°C se deberá activar una alarma “Alarma por temperatura alta” - Si la temperatura del proceso se encuentra dentro del rango permitido, no se activara ninguna alarma pero si deberá informarse al operario que el proceso esta bajo condiciones normales.
- Los datos del proceso deberán ser almacenados de alguna manera para su posterior análisis.
- Se deberá mostrar gráficamente el comportamiento de la temperatura del proceso.
- El sistema deberá anunciar la activación de las alarmas por algún medio web ( e-mail u otro) es una tendencia que cada día cobra mas fuerza, por eso entra al ruedo ja.
- Por ultimo, debe ser posible variar los datos de temperatura máxima y mínima del proceso.

En la industria es común ver que las entradas análogas (temperatura, presión, sonido, vibración, flujo, corriente, tensión eléctrica, etc) de instrumentos de campo son adquiridas por medio de señales de corriente (4mA-20mA) o tensión eléctrica (0Vdc-10Vdc), existen otros rangos pero estos son los mas comunes, para este ejercicio, vamos a simular esa entrada de temperatura de alguna manera, eso también hace parte del criterio de comparación.

NOTA: como hay un criterio de comparación con respecto al tiempo empleado para hacer la aplicación y yo quiero mostrar como hacer la aplicación, tendré que hacer esa prueba posteriormente al desarrollo de este tutorial de automatización industrial y Scada.

Esperen muy pronto la primera parte de este mano a mano.

Labview - SCADA

Retomando una vez más la gestión y desarrollo de proyectos de automatización, hoy voy a hacer un ejemplo haciendo uso de las etapas que hacen parte de un proyecto de programación dirigido a la automatización industrial y los SCADA, cuando me quede tiempo libre continuare con este mini tutorial hasta que lleguemos aplicaciones industriales. Utilizando Labview, WinCC (Siemens ) e Intocuh de Wonderware.

En una entrada anterior que hice, mencione las etapas que hacen parte de un proyecto de automatización de forma muy general, hoy retomare algunas cosas y las aplicare a un ejercicio utilizando el programa Labview de National Instruments.

Labview es un lenguaje de programación grafico muy sencillo de utilizar, con él se pueden hacer SCADA’s de manera rápida y sencilla, es interesante porque la arquitectura de software aplicada a Labview resulta mas robusta y adaptable que la mayoría de las que se pudiera aplicar a otros lenguajes o softwares para hacer Scada’s, en otras entradas haré ejemplos de ese tipo con Labview, con el Scada Intouch de wonderware y con WinCC de Siemens.

Recuento…

No olvidemos que un proyecto de software aplicado a un SCADA esta conformado por etapas que deberán ser seguidas en un orden especifico, esto, para garantizar el éxito e integridad del proyecto.

De manera general podríamos hablar de 5 etapas:

1. Definición del escenario o problema.
2. Diseño del algoritmo o diagrama de flujo del proceso o problema.
3. Implementación.
4. Verificación y pruebas.
5. Mantenimiento y actualización.

1. Definición del escenario o problema: En esta etapa deberá de forma clara y precisa describirse la finalidad del proyecto, sus alcances y sus limitaciones.

2. Diseño del algoritmo: De esta etapa se espera al final un algoritmo o un diagrama de flujo que cumpla con la solución planteada en el paso anterior, en este algoritmo se deberá incluir la:

1. Identificación de entradas.

2. Identificación de salidas.

3. Identificación de requerimientos adicionales.

3. Implementación: En esta etapa se implementara el algoritmo o diagrama de flujo resultado de la etapa anterior.

4. Verificación y pruebas: En esta etapa como su nombre lo indica se deberán corroborar que las soluciones arrojadas por el programa sean las mas adecuadas y esperadas para el problema o proceso.

5. Mantenimiento y actualización: Esta etapa es muy importante dado que aquí es donde realmente se encuentra nuestro trabajo a futuro, nosotros como ingenieros debemos garantizar por medio del mantenimiento y adaptabilidad de nuestro software, seguridad a nuestros clientes para que a manera de bola de nieve nuestra reputación vaya fortaleciéndose generando mas oportunidades a futuro para nuestras compañías o carreras.

Bueno ahora apliquemos algo de lo visto anteriormente, este es un ejercicio muy sencillo cuya finalidad es seguir los pasos descritos anteriormente, es incentado a manera de ejemplo.

EJERCICIO

1. Escenario o problema

Se requiere diseñar un instrumento virtual generador de funciones Seno que permita al usuario modificar algunas variables de las señales, por ejemplo: amplitud, frecuencia, fase y Off-set, además, deberá mostrar la señal en un osciloscopio y mostrar el valor RMS (root mean square), la amplitud pico-pico, la amplitud pico y por ultimo utilizando un filtro pasabajo (al que se le podrá cambiar la frecuencia de corte) se deberá mostrar el espectro de la señal.

2. Algoritmo

En este caso no existe un algoritmo dado que no existen decisiones que tomar en nuestro ejemplo, sin embargo, si se deberá hacer análisis de I/O (inputs/outputs) según lo requerido en el paso 1.

Identificación de entradas y correspondencia en labview:

- Amplitud (numeric control)

- Frecuencia (numeric control)

- Fase (numeric control)

- Off-set (numeric control)

- Frecuencia de corte del filtro pasabajo. (numeric control)

Identificación de salidas

- Señal en el osciloscopio. (osciloscopio)

- Valor RMS de la señal. (Numeric indicator)

- Amplitud pico a pico. (Numeric indicator)

- Amplitud Pico. (Numeric indicator)

- Señal en el análisis de la frecuencia. (Osciloscopio)

Requemientos especiales: Ninguno.

3. Implementacion (Usaremos Labview 8.2)

Recordemos que los campos que permiten modificar un dato son llamados controles y los datos respuesta del programa se llaman indicadores, por eso hablamos de numeric control y numeric indicador, el primero nos permite cambiar los valores de la variable y los segundos nos muestran el resultado de la misma.

También debemos recordar que labview se divide en Front Panel (donde agregamos el front-end, la parte visual de nuestro Scada) y el Block Diagram (donde hacemos el programa), primero haremos toda la parte grafica y después procederemos a hacer el programa.

Empezamos con el Front Panel:

Abrir Labview y crear un nuevo VI (archivo nuevo), ubicarse en Front Panel.

-Con base en la identificación de entradas y salidas agregarlas al panel frontal, recordemos que las entradas son controles y las salidas con indicadores, por ejemplo la amplitud seria un control numérico y el valor RMS seria un indicador ya que es una salida.

Los numeric controls y numeric indicators están ubicados en Controls-Modern-Numeric.

Los osciloscopios estan ubicados en Controls-Modern-Graph

Agregando los numeric control e indicators según corresponda, no olviden cambiar los nombres y colocar los que corresponda.

Por ultimo los osciloscopios

Ahora sigamos con el Block Diagram:

3. Deberá verse mas o menos así

Ahora deben buscar “basic function generador.vi” y deberan agregarla al block diagram

Conectar cada numeric control con su correspondiente en el function generador, por ejemplo amplitud con amplitude… asi sucesivamente, después buscar “filter” y agregarlo al diagrama, recuerden que el filtro deberá ser pasabajo, además deberán cablear la frecuencia de corte pasabajo con el control de frecuencia de corte.

Ahora cableen la salida del filtro con el osciloscopio “Analisis en el tiempo”

Ahora busquen “Amp & level” y agréguenlo al block diagram cableen la señal que sale del filtro con esta función

Después las salidas deberan ir a los indicadores según correspondan

Por ultimo deberan buscar “Spectral” agregarlo y cablearlo con la señal de salida del filtro asi

4. Verificación y pruebas

Corran la aplicación y hagan pruebas modificando los parámetros de la misma.

Si les aparece el error 20023 deberán cambiar la frecuencia de corte del filtro.

Ubíquense en el front panel y den clic derecho al control “frecuencia de corte” en las propiedades deberan dirigirse donde dice “Data range” y cambiar el valor mínimo a 1.

Con otros valores donde el filtro funcionaria dado que la frecuencia actual es mayor a la frecuencia de corte del filtro pasabajo, observen en el análisis espectral los armónicos que se crean.

Quedaría pendiente el mantenimiento y la actualización, aunque recuerden que este ejercicio me lo invente para ilustrar lo dicho en el principio, hay unas aplicaciones Scada espectaculares con Labview para la industria petro-quimica, energía, metalmecánica entre otras.

En estos dias voy a subir el archivo para que las personas que lo requieran lo prueben y lo tengan como una guia.
NOTA: Como complemento a esta entrada, traten de optimizar el mismo proyecto agregando diales (perillas) para las entradas del sistema, es facil intentenlo. 

Nos vemos.

Permisos de trabajo (Autorizaciones)

Que son los permisos de trabajo?

El sistema de permisos de trabajo es una de las tantas herramientas que utilizan las industrias pesadas para minimizar riesgos que potencialmente podrían convertirse en accidentes que afectarían no solo al personal de planta sino también las instalaciones de la misma.

En términos generales el sistema de permisos de trabajo tiene como objetivos:

- Aclarar, a quienes van a llevar a cabo el trabajo, la identidad, naturaleza y extensión del mismo, los riesgos involucrados, y cualquier limitación sobre la extensión del trabajo y el tiempo durante el cual debe realizarse.

- Especificar las precauciones que deben tomarse incluyendo el aislamiento de seguridad contra riesgos potenciales, tales como sustancias peligrosas y fuentes de energía.

- Asegurar que las personas encargadas de la operación de una unidad, una planta o una instalación estén enteradas del trabajo que se está realizando allí.

- Suministrar, no sólo un sistema de control continuo, sino también un registro que muestre que tanto la naturaleza del trabajo como las precauciones necesarias han sido revisadas por la(s) persona(s) adecuada(s).

- Definir un procedimiento detallado desde la planeación hasta la finalización del trabajo.

- Definir el procedimiento para entrega de áreas para ejecución de trabajos (Hand Over).*

Existen varias clases de permisos de trabajo como los permisos de demolicion, de trabajo en alturas o de excavacion, pero principalmente se trabajan 3 tipos de permisos: Permiso en frío, permiso en caliente y el permiso eléctrico.

El permiso en frío conocido como amarillo es el permiso o autorización que se da para realizar trabajos y actividades, cuando las herramientas y equipos que se utilizaran para desarrollar dicha actividad, no tienen la suficiente capacidad para producir chispas.

El permiso en caliente conocido como rojo es el permiso o autorización que se da para realizar trabajos y/o actividades cuando los equipos y herramientas producen chispa (soldadura de arco), calor y/o llama abierta (dardo que produce un soplete) y son potencialmente peligrosos para

desencadenar un incendio o accidente mayor.

El permiso Eléctrico se conoce como naranja es el permiso o autorización que se da para realizar trabajos cuando se utilizaran equipos eléctricos o cuando las actividades fueren dirigidas a redes de distribución eléctrica, la empresa nacionalde Hidrocarburos de Colombia, esta trabajando en la normativa para dicho permiso.

¿Què contiene en general un formato de permiso de trabajo?

- Datos personales del titular: En este apartado se consignan los nombres y apellidos de la persona encargada de realizar el trabajo, también se incluyen los teléfonos de contacto del mismo y de la empresa u organización que los representa.

- Dirección o sitio de trabajo: Contiene la direccion o lugar de trabajo, el teléfono del lugar, los datos de contacto (nombre, teléfono, cargo) de la persona encargada del lugar la cual hará el Hand-Over cuando sea necesario.

- Descripción del trabajo o tarea a realizar: Se describe que tipo de trabajo se va a ralizar, si es necesario deben incluirse diagramas y planos, también se describen las herramientas y equipos que se van a utilizar y los riesgos a los que se estara expuesto a la hora de ejecutar dicha tarea.

- Requisitos previos: En este apartado se describen las condiciones a-priori que deben cumplirse para ejecutar el trabajo, por ejemplo: uso de ropa de trabajo, gafas de seguridad, guantes de carnaza, escaleras tipo II etc.

- Teléfonos y contacto oficinas de emergencia: Se deben incluir los teléfonos, dirección y encargados de los departamentos de emergencia (bomberos, policia, etc) y del encargado de seguridad industrial o hseq junto a los datos de contacto del mismo.

- Periodo de validación del permiso: En este apartado se suministra información referente a los tiempos y fechas que tomara para llevar a cabo la tarea o trabajo.

- Consideraciones/ Requerimientos especiales: Aquí es donde se especifican requerimientos especiales para ejecutar el trabajo, por ejemplo que se cierren las vias de acceso a la planta o que el personal administrativo porte casco, etc.

-Sección de firmas y revisiones: Aquí deben firmar el encargado de conceder el permiso y el que ejecuta la tarea , como un pacto en el que se respetan los acuerdos que contiene el permiso de trabajo para garantizar la menor probabilidad para futuros accidentes.

Objetivos Extraidos de del manual del sistemas de permisos emitido por la gerencia regional Magdalena Medio- COPETROL.

Distribucion Exponencial e ing. de confiabilidad

Hoy quisiera compartir un ejercicio clasico de confiabilidad , pero antes, recordemos que cuando la tasa de fallo es constante la distribucion a usar es la exponencial ,pero cuando la tasa de fallo no es constante se utilizaran modelos diferentes como el de weibull del cual tambien mostrare un ejemplo mas adelante.

Una compañía del sector industrial durante el último año ha recopilado los datos de fallas de 50 motores habiendo fallado 2 de ellos durante el periodo mencionado. Nuestra tarea consiste en reprogramar el mantenimiento de manera tal que se satisfagan las necesidades operativas de la compañía, pero para eso queremos saber:

1. La tasa de fallos.
2. La probabilidad de falla que tiene un motor antes de alcanzar un tiempo de funcionamiento de 4 meses.
3. La probabilidad de que un motor este en funcionamiento al cabo de 6 meses.

Ahora veamos como se solucionarían cada uno de los ítems.

Desarrollo.

1. Tasa de fallo: Relación de elementos que presentaron falla sobre el total de elementos, para este ejemplo seria

2. Recordemos que una definición básica de confiabilidad R(t) es: probabilidad de que un sistema, subsistema o elemento del mismo opere satisfactoriamente dentro de un tiempo definido, como se busca es la probabilidad de falla entonces se debe encontrar la infiabilidad F(t) (opuesto a la confiabilidad) su expresión es:

F(t)=1-R(t)

Reemplazando R(t) por su expresion matematica para esta distribucion queda

Resultando así que la probabilidad de falla antes del 4 es del 1.324%

3. Hallamos la confiabilidad R(t) teniendo en cuenta que seis meses es 1/2 años

Por lo cual se puede decir que la probabilidad de que un motor no se dañe antes de 6 meses es del 98%

Con estos datos el departamento de mantenimiento podria fijar con mas criterio el cronograma de mantenimiento para la sección de motores, sabiendo aproximadamente cual es el tiempo de buen funcionamiento o falla de los mismos.