Universidad Tecnològica de Querètaro
Firmado digitalmente por Universidad Tecnològica de Querètaro Nombre de reconocimiento (DN): cn=Universidad Tecnològica de Querètaro, o=UTEQ, o=UTEQ, ou=UTEQ,
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[email protected] .mx, c=MX Fecha: 2013.11.05 10:50:23 -06'00'
UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE QUERÉTARO
Nombre del proyecto: IMPLEMENTACIÓN DE SISTEMA SCADA POR WEB SERVER
Empresa: SAMSA
Memoria que como parte de los requisitos para obtener el título de: TÉCNICO SUPERIOR UNIVERSITARIO EN MECATRÓNICA ÁREA AUTOMATIZACIÓN
Presenta: Angel Pérez Olvera Asesor de la UTEQ
Asesor de la empresa
Ing. Jesús Ricardo Tapia Armas
Ing. Álvaro Nieto Mureddu
Santiago de Querétaro, Qro. Agosto del 2013.
Resumen En este documento se presenta la implementación del Web_Server para el PLC S7-1200 de SIEMENS, que es la función creada por SIEMENS para el monitoreo remoto mediante una página web. También se instrumenta la función TM_MAIL, desarrollada por SIEMENS y tiene como objetivo el envío de correos electrónicos. Además se presenta paso a paso como activar y desarrollar estas funciones y los parámetros que se deben tener en cuenta para ambas implementaciones.
Palabra clave: Web_Sever, TM_MAIL, parámetros.
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Resumen En este documento se presenta la implementación del Web_Server para el PLC S7-1200 de SIEMENS, que es la función creada por SIEMENS para el monitoreo remoto mediante una página web. También se instrumenta la función TM_MAIL, desarrollada por SIEMENS y tiene como objetivo el envío de correos electrónicos. Además se presenta paso a paso como activar y desarrollar estas funciones y los parámetros que se deben tener en cuenta para ambas implementaciones.
Palabra clave: Web_Sever, TM_MAIL, parámetros.
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Description The name of the company where I have my internship is “SAMSA”. The company is medium-sized; it is organized, clean and warm; it has a lot of light. The working environment is nice, friendly and respectful. They hear ideas to develop in projects. The engineer Alvaro Nieto Moreddu is the person I work with. He is average height and strong. He is white; he is bold and he has brown eyes. He is strict, committed, responsible but not very tolerant.
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Dedicatorias Este pequeño apartado va dedicado a la persona que siempre ha estado conmigo, la que siempre me ha brindado su apoyado y me lo ha dado incondicionalmente, la que día y noche ha trabajado por permitirme alcanzar mis sueños y ha dejado a lado sus sueños por verme triunfar, la persona que dejo una vida entera por sacar a su familia familia adelante, la que siempre me ha enseñado que las cosas cuestan y que si en la vida estas dispuesto a pagar el precio por el triunfo, triunfo, el éxito éxito y la felicidad felicidad
puede alcanzar cualquier cosa y
obtener lo que siempre has deseado, a aquella persona que día a día me enseño principios valores, respeto hacia los demás y a mí mismo como persona a la persona que me enseño a trabajar y nunca darme por vencido, a aquella persona que se pasaba noches enteras en vela cuidándome orientándome , a la persona que siempre que llegaba del trabajo del el alma partida del cansancio me sonreía y me decía: ”No te preocupes, estoy bien, no estoy tan cansada”, aun cuando yo sabía que que no era cierto. Por eso y muchas cosas
más estoy agradecido porque esto muestra solo un pequeño texto que jamás podrá expresar lo grandiosa y fuerte que es esa mujer por eso tras veinte años de largo esfuerzo te digo
muchas gracias gracias Mamá lo logre, más bien lo
logramos.
Agradecimientos Agradezco principalmente pr incipalmente a mi MAMÁ y a DIOS por todo lo que han permitido lograr y por qué siempre han estado conmigo y sé que sin su ayuda no habría podido llegar hasta aquí de corazón hoy y siempre gracias MAMÁ, de corazón gracias DIOS.
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ÍNDICE Resumen....................................................................................................................................... 3 Description .................................................................................................................................... 4 Dedicatorias ................................................................................................................................. 5 Agradecimientos .......................................................................................................................... 5 Índice ............................................................................................................................................. 5 II ANTECEDENTES .................................................................................................................... 8 III JUSTIFICACIÓN ..................................................................................................................... 9 IV OBJETIVOS .......................................................................................................................... 10 V.ALCANCES ............................................................................................................................ 11 VI. ANALISIS DE RIESGOS .................................................................................................... 12 VII. FUNDAMENTACIÓN TEORÍCA ...................................................................................... 13 VIII. PLAN DE ACTIVIDADES .......................................................................................................... 14 8.1 Planificación (3 días) .............................................................................................................. 14 8.2 Investigación (3 semanas) ..................................................................................................... 14 8.3 Pruebas HTML (1 semana)................................................................................................... 15 8.4 Resolución de dudas HTML (2 días) ....................................................................................... 15 8.5 Desarrollo del web server (1 mes 2 semanas) ...................................................................... 15 8.6 Investigación del servicio TM_ MAIL (servicio de correos por el PLC) (5 días) ................... 15 8.7 Implementación de la función TM_MAIL en el programa funcional (5 días) ........................ 16 8.8 Optimización del programa de bombeo (4 semanas) ............................................................ 16
IX.RECURSOS MATERIALES Y HUMANOS....................................................................... 18 X. DESARROLLO DEL PROYECTO ..................................................................................... 20 10.1 IMPLEMENTACIÓN DEL SERVIDOR WEB Y DESARROLLO DE PÁGINA WEB ......................... 20 10.2 IMPLEMENTACIÓN DEL SERVICIO TM_MAIL........................................................................ 36 10.3 MEJORAS DEL PROGRAMA Y MODIFICACIONES DEL PROGRAMA....................................... 41
XI. RESULTADOS OBTENIDOS ............................................................................................ 42 XII. Conclusiones y recomendaciones. .................................................................................. 44 XIII. Anexos .................................................................................................................................... XVI. BIBLIOGRAFÍA ....................................................................................................................
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l. INTRODUCCIÓN
Este documento presenta el resultado de la estadía realizada por un estudiante de mecatrónica de la generación 2011-2013 en la Universidad Tecnológica de Querétaro (UTEQ), la cual se realizó en la empresa SAMSA ©, que se especializa en sistemas de control para máquinas de bombeo a nivel nacional, además de algunas partes del sur y norte del continente americano. En esta empresa se asignó el proyecto para la implementación del Web_Server para el PLC S7 - 1200 de SIEMENS que permite el monitoreo remoto de un programa en el PLC ya mencionado, además de
la
implementación de la función
TM_MAIL que permite el envío de correos desde el PLC. También se realizó la documentación de los pasos que se deben seguir para ello, así como el desarrollo de una página web para el mismo sistema de monitoreo y las delicadas consideraciones y limitaciones que se deben tener en cuenta para la implementación de estas funciones.
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II ANTECEDENTES El término Monitoreo describe una acción que constantemente vigila y analiza un sistema, función, tarea, o algunos elementos en específico, con la finalidad de encontrar o detectar otros elementos que solicite el administrador del sistema. Por lo general se utiliza para detección de fallas en procesos o sistemas. Existen diversos tipos de monitoreo, entre los cuales destaca el sistema de monitoreo SCADA (Supervisión, Control y Adquisición de Datos), ya que permite realizar una supervisión del sistema y al mismo tiempo adquiere y controla datos, lo cual es de mucha utilidad, ya que aumenta la seguridad del sistema y se puede tener un mejor control del sistema o proceso. La empresa SIEMENS S.A DE C.V. ha contribuido al desarrollo del sistema SCADA en México. En el año 2012 lanzó su primer versión del monitoreo SCADA a través de un WEB SERVER el cual ha revolucionado el mercado con la posibilidad de controlar y vigilar un sistema o proceso a larga distancia. Lamentablemente, la implementación de este sistema no se ha realizado en México, por lo cual el único antecedente de este sistema de monitoreo es el mismo ejemplo de la compañía llamado:” Web Server Code” .
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III JUSTIFICACIÓN Los sistemas de monitoreo SCADA han sido de gran importancia en el monitoreo de procesos industriales y no industriales, ya que tienen una gran capacidad; pero, como en todo sistema nada es perfecto, la principal problemática son los costos de los equipos, las licencias, y los elementos que conforman dichos sistemas, además de que en la mayoría de los casos se realiza el monitoreo de forma alámbrica, mencionando que en las empresas donde se utiliza maquinaria pesada se generan problemas de comunicación en los sistemas, ocasionando pérdida de datos, información errónea o nulo funcionamiento en las transmisiones, recalcando que una gran limitante es el mismo cableado, ya que el monitoreo se realiza de forma directa en los equipos y no puede ser: ni revisada, ni visualizada fuera del lugar donde se encuentra el sistema. Como repuesta a las problemáticas anteriormente planteadas se propone una innovadora solución en el sistema de monitoreo, la cual es el desarrollo de una página web que sea compatible con los navegadore s “Inter net Explorer ”, “Mozila FireFox”, Chrome”, “ Zafari”, y además de otros que posean y soporten
funciones similares a los navegadores mencionados, para poder controlar y monitorear el sistema en cualquier parte donde el administrador del sistema tenga acceso a internet, eso disminuiría de manera muy considerable los costos en los equipos y las licencias ya que no sería necesario invertir una grandes cantidades de dinero en equipos de exhibición (pc, touch panels, equipo especializado de monitoreo, entre otros) , y solo sería necesario tener acceso a un navegador de los anteriormente mencionados o similar.
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IV OBJETIVOS 4.1 Objetivo General: generar un monitoreo remoto (vía internet) del sistema de bombeo fabricado por SAMSA. 4.2 Objetivos particulares: 4.2.1. Implementar la opción Web server para el PLC S7-1200. 4.2.2. Generar una página web mediante HTML para el monitoreo de 8 variables (analógicas y booleanas). 4.2.3. Enviar correo electrónico mediante el PLC cuando se presenta una falla.
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V.ALCANCES Para el objetivo en general se necesitan cumplir con los objetivos: 4.2.1 y 4.2.2, los cuales permitirán que el monitoreo se pueda realizar de forma correcta. Para el primer objetivo particular se necesita realizar la activación de la opción Web Server en el PLC y configurar las diversas condiciones que permiten su funcionamiento. Una vez activado, este objetivo está satisfecho. Para el segundo objetivo particular es necesario crear una página web funcional con la capacidad de almacenar 8 variables analógicas y booleanas. En este caso es más complicado definir el cumplimiento debido a que es un aspecto subjetivo como cuando se escribe un libro y cada vez que se revisa, se tiene la tentación de modificarlo. Se considera terminada la página después de 10 revisiones como máximo, por las personas designadas para su revisión. Para el tercer objetivo general es necesario
implementar la función
TM_MAIL del PLC, en la cual se configuraran los diversos requisitos para su funcionamiento y verificar que sea posible mandar correos desde el PLC. Se considera cumplido cuando se pueda mandar un correo electrónico con el mensaje seleccionado.
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VI. ANALISIS DE RIESGOS Para la activación del web server en el controlador lógico programable lo más difícil es entender el funcionamiento y parámetros con los cuales trabaja, ya que al ser una nueva tecnología puede no ser accesible a todos los servicios que ofrecen los proveedores de conexiones de internet. Se debe de tener un conocimiento amplio del funcionamiento del programa ya que al modificar algún elemento se podría ver afectada la funcionalidad del mismo. La mayor problemática con respecto a la página son la limitantes del controlador lógico programable, ya que dependerá de los estándares y parámetros del mismo además de que la mayor problemática será que no se tiene conocimiento alguno del lenguaje de programación enfocada a páginas o servidores web por lo cual se tendrá que aprender un nuevo lenguaje de programación en el menor tiempo posible.
En el caso de fallar o incumplir con alguno de los objetivos no se podría cumplir con el objetivo general.
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VII. FUNDAMENTACIÓN TEORÍCA El término Monitoreo describe una acción que constantemente vigila y analiza un sistema, función, tarea, o algunos elementos en específico, con la finalidad de encontrar o detectar otros elementos que solicite el administrador del sistema. Por lo general se utiliza para detección de fallas en procesos o sistemas. Adicionado a esto el monitoreo remoto permite realizar lo anteriormente mencionado de manera más cómoda ya que no es necesario estar pegado en el proceso, sistema, función o tarea todo el tiempo para obtener la información deseada, ya que se puede transmitir la información de otras formas, la más famosa y más utilizada es la inalámbrica ya que utiliza uno de los sistemas globales de la actualidad llamado “Internet”, que permite el enlace del dispositivo o sistema que
monitorea con el receptor en el punto que se encuentre.
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VIII. PLAN DE ACTIVIDADES Para la realización de este proyecto se efectuó un estudio detallado de las operaciones necesarias para cumplir de la mejor manera los objetivos planteados. La herramienta utilizada principalmente fue la Gráfica de Gantt, que fue integrada de la forma que se explica a continuación.
8.1 Planificación (3 días) Es la etapa dónde, conocidos los objetivos del proyecto, se evaluaron los conocimientos en las diversas áreas del proyecto, con la finalidad de verificar en cuanto tiempo se realizarían el proyecto y las investigaciones acerca de la información necesarias para poder cumplir los objetivos
y realizar un
estimación de los tiempos necesarios para obtener dicho conocimiento, además de los tiempos para el desarrollo del proyecto.
8.2 Investigación (3 semanas) Se investigó con los especialistas de SIEMENS sobre la habilitación del web server en los PLC`s de la serie S7-1200m, ya que se tendría que habilitar esta opción en el PLC
que la empresa asigno para este proyecto (S7-1200
AC/DC/RLY ) , se realizaron diversas llamadas telefónicas al número de servicio de SIEMENS, y se investigó en su página oficial los proyectos realizados con el Web Server, además se realizó una investigación sobres los comandos y funciones del lenguaje de marcado HTML con la finalidad de conocer la plataforma a trabajar.
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8.3 Pruebas HTML (1 semana) Se realizaron diversas páginas web con la finalidad poder verificar que la información recaudada ha sido de utilidad para implementar el desarrollo del Web Server.
8.4 Resolución de dudas HTML (2 días) Se realizará una investigación de las dudas generadas en las pruebas HTML, con la finalidad de poder despejar dudas y posibles problemas en el desarrollo del web server.
8.5 Desarrollo del web server (1 mes 2 semanas) Desarrollar el servidor web y verificar su funcionalidad al 100% para poder realizar la implementación en algún equipo funcional.
8.6 Investigación del servicio TM_ MAIL (servicio de correos por el PLC) (5 días) Realizar la investigación necesaria para poder conocer los parámetros y necesidades para hacer funcionar el servicio de correo electrónico a través del PLC.
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8.7 Implementación de la función TM_MAIL en el programa funcional (5 días) Implementar
el servicio de correos bajo diversos parámetros de control
señalados por el programa y así poder utilizar el servicio bajo las condiciones establecidas por la empresa.
8.8 Optimización del programa de bombeo (4 semanas) Verificar todas las posibles optimizaciones del programa y así poder optimizarlos bajo los requerimientos de la empresa y sus estándares de calidad y funcionalidad.
Todo lo anteriormente mencionado se ejemplifica en el siguiente diagrama de Gantt (figura8.1)
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F i g u r a
8 .1 D i a g r a m a d e G A N T T
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IX.RECURSOS MATERIALES Y HUMANOS
Recursos materiales Cantidad 1
Concepto
Uso
Costos
Computadora de escritorio Diseño de la página $1100.00 y/o portátil
web y desarrollo del pesos proyecto
1
Router Inalámbrico
Pruebas del servidor $200.00 web
1
PLC SINEMATIC 7-1200
pesos
Uso del servidor web $500.00 y /o modificaciones dólares del programa
1
Simulador
de
entradas Simular entradas al $25.00
SIEMENS
momento de hacer dólares pruebas en PLC
1
Sensor de presión
Simular
entrada $125.00
analógica del PLC 1
Cable (5 m) N°18
dólares
Realización
de $280.00
conexiones
del pesos
sensor al PLC 1
Pinza corta cable
por
metro
Realizar cortes de $45.00 pesos cable
1
Pinzas pela cable
Realizar
el $187.00
desprendimiento del pesos cable de la goma protectora 1
Desarmador 163mm
Para poder abrir y $16.00 pesos cerrar las clemas del
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PLC 3
Guías de programación(java Adquisición
de 9.99 dólares /
script, html, php)
de cada una.
conocimiento programación
1
Programas
TIA
PORTAL Modificación
versión 12
y $80.00
activación del web dólares server en el PLC
1
NOTEPAD versión |3
Desarrollo
del $13.44
servidor web, scripts dólares de java y funciones de php 1
Pantalla HMI SIEMENS
Realizar
1500 dólares
comparaciones
en
tiempo real de los datos web y
del
servidor los datos
desplegados en el HMI Tabla 9.1 Recursos materiales.
Recursos financieros Concepto Apoyo por servicio social
Uso $2000.00 semanales Tabla 9.2 recursos humanos.
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Tiempo 16 semanas
X. DESARROLLO DEL PROYECTO 10.1 IMPLEMENTACIÓN DEL SERVIDOR WEB Y DESARROLLO DE PÁGINA WEB Una vez planificados los tiempos del proyecto lo primero que se realizó fue la investigación para la activación de servidor web del PLC S7-1200, en donde se efectuó la lectura del manual de SIEMENS y del TIA PORTAL V12, sin embargo en ninguno de los documentos se encontró la información necesaria para la activación de dicho servidor. Posterior a esto se realizó la verificación en la página oficial de SIEMENS, donde se descargó el archivo “58862931_S7 -1200_Webserver_CODE_V10” que es
el primero y único ejemplo del servidor web funcional para el S7-1200. En este documento se presenta un ejemplo donde se resumen y mencionan las características para poder activar el servidor web.
Lo primero que se realizó fue la ejecución del programa “TIA V12” y se creó un nuevo proyecto denominado WEB_SERVER_SAMSA. Posterior a eso se realizó la selección de modelo del PLC, el cual fue el dispositivo “6ES7 212 -1BE31-0XB0” y fue definido como dispositivo de trabajo, tal
como se aprecian en las figuras 10.1 y 10.2.
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Figura 10.1 Creación del proyecto WEB_SERVER_SAMSA.
Figura 10.2 Selección del dispositivo “6ES7 212 -1BE31-0XB0”.
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Una vez seleccionado el dispositivo, se procedió a seleccionar la opción de bloques de programa una vez dentro de estos bloques se ingresó en el bloque “principal” o “main” donde se colocó el bloque especial para el reconocimiento de la página web, el nombre del bloque es el “WWW”. En
el bloque en la parte del “CONTROL_DB” se colocó “el número “333” que dicho por el manual: “es el número que permite la activación del bloque y que no debe de ser modificado ”, mientras que en RET_ VAL se colocó una variable de tipo entero (int), la cual permitiría ver el estado y/o el comportamiento del bloque tal como se aprecia en las figuras 10.3 y 10.4
Figura 10.3 Selección del bloque “main” dentro de los bloques de programa.
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Figura 10.4 Selección de bloque “WWW” y asignación funciones para su funcionamiento”. Posterior a eso se realizó la selección del dispositivo en el apartado de “dispositivos y redes”, se seleccionó el PLC, después se procedió al apartado de propiedades donde se seleccionó la opción del “servidor web”, y se selección la opción: “Activar servidor web en el módulo”, y se
definió el tiempo de actualización automática de 10 segundos como se aprecia en las figuras 10.5 y 10.6
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Figura 10.5 Apartado de “Dispositivos y redes” donde se seleccionó el PLC.
Figura 10.6 Selección y activación del servidor web en el apartado de “propiedades” .
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Estos apartados nos permitieron la activación servidor web de SIEMENS la cual nos permite cargar las páginas predefinidas por el usuario, después de esto dentro del apartado de “propiedades” se seleccionó la opción “interfaz PROFINET” y se configuro la “IP” del dispositivo, para este caso en particular se
definió el número “192.168.0.55” como “IP”. P ara poder acceder al servidor web es necesario que el PLC esté conectado a un router o a una computadora, y en cualquier navegador ingresar la “IP” del PLC , como se aprecia en las figuras
10.7, 10.8 y 10.9.
Figura 10.7 Definicion de “IP” en el PLC
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Figura 10.8 Pagina del servidor web SINEMATIC S7-1200.
Figura 10.9 Pagina del servidor web SIMATIC S7-1200, apartado de páginas de usuario.
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Con todo esto activado y configurado solo falta crear la página web y cargarla en el dispositivo. Después de una investigación sobre el desarrollo de las páginas web, se pudieron apreciar las estructuras principales y necesarias en toda página web, como se muestra a en la tabla siguiente:(tabla 10.1). Elemento de
Descripción
p ág in a w eb
Abre la estructura en form ato HTML del docu mento.
Abre la cabecera del docu mento don de se pueden coloc ar elem ento s p ara la págin a o fu nc ion es per o q ue n o ser án vis ibles en la págin a web .
<br />
<br />
Inic ializa el títu lo de la pági na w eb .<br />
<br />
Fin aliza el títu lo de la pági na w eb .
Finaliza la cabecera del do cum ento .
Inicializa el cuerp o del pro yecto o página web do nd e se coloc ara el código d e todos lo s elementos que se desean hac er vis ibles en la págin a web .
Finaliza el cu erpo del pro yecto o página web
Finaliza la estructura en form ato HTML del doc um ento.
Tabla 10.1 Elementos contenidos en la página web. Conociendo estos elementos básicos lo siguiente fue realizar la página web en el programa seleccionado “Notepad” ++ v3.2”. “SE ACLA RA QUE POR POLÍTICAS DE PRIVACIDAD DE LA EMPRESA N O PUDO
SE MENCIONAR
COMO FUE CREADA LA PÁGINA WEB , SIN
EMB AR GO SI SE MENCIONA COMO ESTÁ DISEÑADA ”.
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El diseño de la página web se realizó en específico para el monitoreo de las siguientes variables (Tabla 10.2): No. de
Nom bre de la variable
Func ión de la variable
variable 1
Senso r_lectura PSI
Lectu ra del sens or de presión
2
M3_acum ulado
3 Cantidad acumu lada en M de agua
3
on b1
No de arranques de la bom ba 1
4
on b2
No de arranques de la bom ba 2
5
on b3
No de arranques de la bom ba 3
6
Bo mb a_1
Verifica estado de la bo m ba 1 (ON/OFF).
7
Bo mb a_2
Verifica estado de la bo m ba 2 (ON/OFF).
8
Bo mb a_3
Verifica estado de la bo m ba 3(ON/OFF).
9
B 1 _c o n s u m o
C o r r i en t e c o n s u m i d a p o r l a b o m b a 1
10
B2_consu mo
Corriente cons um ida por la bom ba 1
11
B3_consu mo
Corriente cons um ida por la bom ba 1
12
%_PID_Sim
Valor del PID
13
KW_acum
KW acum ulados en el sistema
Tabla 10.2 -variables a monitorear.
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La página fue diseñada con la imagen de la empresa además de una tabla donde únicamente se exhibirían lo valores de las variables y la unidad de trabajo de ella, la cual se refresca casa segundo, además se creó un hipervínculo para una segunda página de internet donde se exhibirían otras variables(tabla 10.3), pero a diferencia de esta, en la segunda página web se podrían modificar valores de entrada para el control del sistema, donde se tendría que tener conocimiento del sistema de control monitoreado y además sería necesario aceptar el cambio realizado para evitar posibles fallas, las dos páginas pueden ser verificadas en las figuras 10.10 y 10.11. No. de
Nom bre de la variable
variable 1
setpoint HMI psi
2
RETARDO_SIM1_2_ON
3
RETARDO_SIM1_2_OFF
4
IN_SIM_1_ON
5
IN_SIM_1_OFF
6
IN_SIM_2_ON
7
IN_SIM_2_OFF
8
ON_OFF
9
Res_Gnr
Tabla 10.3 Variables dinámicas.
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Figura 10.10 página de monitoreo de variables.
Figura 10.11 Página de interacción con las variables.
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Para poder crear estas páginas se utilizaron diversos códigos en formato HTML, los cuales se menciona en la siguiente tabla de contenido (figura10.4): No.
Código
Func ión
1
<meta http-equiv="refresh"
Refr esc a
content="x”; URL= ">
dependiendo del valor en
la
pági na
“x” y carga la p ág in a en el “URL. 2
m od ific ar el tam añ o y la altura d e la tabla. 4
filas en “x” la posición del texto e ing resar el texto . 5
