AUTOMATAS PROGRAMABLES - LECCION 10
DISEÑO DEL SOFTWARE PARA PLC EN BASIC Y LABVIEW

UML - LENGUAJE MODELADOR UNIFICADO - DEFINICIONES

Habiendo visto en este curso (en ediciones anteriores) los aspectos generales que hacen a un PLC y una vez que "definimos" y dimos el montaje de circuitos simuladores, es hora de que comencemos a explicar cómo es el software que maneja a un PLC. A partir de aquí haremos el desarrollo del diseño y análisis orientado a objetos de un sistema informatizado utilizando el Lenguaje de Modelamiento Unificado UML. El sistema analizado, como ya sabe, es un Controlador de Procesos Industriales (Temperatura y Nivel). El diseño ha sido implementado utilizando un hardware externo (Simulador), una tarjeta de Adquisición de datos y el lenguaje de programación VIsual Basic 6.0.

INTRODUCCION

UML (Unified Modeling Language) es un lenguaje que permite modelar, construir y documentar los elementos que forman un sistema software orientado a objetos. Se ha convertido en el estándar de facto de la industria, debido a que ha sido concebido por los autores de los tres métodos más usados de orientación a objetos: Grady Booch, Ivar Jacobson y Jim Rumbaugh.

Estos autores fueron contratados por la empresa Racional Software Co. para crear una notación unificada en la que basa la construcción de sus herramientas CASE. En el proceso de creación de UML han participado, no obstante, otras empresas de gran peso en la industria como Microsoft, Hewlett- Packard, Oracle o IBM, así como grupos de analistas y desarrolladores. Esta notación ha sido ampliamente aceptada debido al prestigio de sus creadores y debido a que incorpora las principales ventajas de cada uno de los métodos particulares en los que se basa: Booch, OMT y OOSE. UML ha puesto fin a las llamadas “guerras de métodos” que se han mantenido a lo largo de los 90, en las que los principales métodos sacaban nuevas versiones que incorporaban las técnicas de los demás. Con UML se fusiona la notación de estas técnicas, para formar una herramienta compartida entre todos los ingenieros de software que trabajan en el desarrollo orientado a objetos.

 
REQUERIMIENTOS DE ANALISIS

Un controlador de procesos industriales recibe las señales del simulador (mediante una DAQ). Este valor lo resta con el valor deseado o SET POINT, esta diferencia es llamada “error”; este error es ingresado a un algoritmo de control PID. Este algoritmo produce una señal correctora de salida que es enviada al Simulador. Un Simulador de Procesos (Temperatura y Nivel) es un hardware electrónico diseñado para obtener la curva característica de dicho proceso y así poder realizar la sintonización y el control de dicho proceso. Las principales características de este producto que vamos a considerar en nuestro diseño son:

  • Fácil de usar
  • Buena calidad de gráficos
  • Pantallas de ayuda en cualquier ventana
  • Sistema amigable al usuario
  • Sistema adaptable a procesos industriales reales.
EVENTOS EXTERNOS

Un sistema informatizado está interactuando constantemente con el medio ambiente.

En esta primera parte del análisis, podemos considerar nuestro sistema como una caja negra que reacciona a las peticiones de control del medio ambiente (perturbaciones).

El medio ambiente está compuesto por distintos agentes. Cada actor interactúa con nuestro sistema con un propósito diferente.

 
DIAGRAMA DE CONTEXTO
La figura 1 muestra al actor que interactúa con nuestro sistema.

Tenemos identificados al agente usuario. También se muestran las interfaces, sensores y actuadores que ofrece nuestro sistema y las señales que recibe el actor.

Estas señales pueden ser requeridas por el agente al sistema o respuestas o servicios del sistema al agente. Los sensores para la captura de datos son la entrada a actuadores y el control de actuadores.

Los actuadores para el usuario agente son los indicadores de actuadores y la pantalla del monitor (Interface de ususario).

 
EVENTOS
Un evento es un mensaje importante del medio ambiente. Un sistema en tiempo real tiene que reaccionar ante los eventos externos (perturbaciones) en un tiempo límite.

La tabla 1 muestra todos los eventos externos que pueden ocurrir en nuestro sistema. La dirección de un evento puede ser “IN” del medio ambiente al sistema, u “OUT” del sistema al medio ambiente.

Un evento puede ser periódico o episódico.

 
CASOS DE USO
Un caso de uso describe la funcionabilidad del sistema desde el punto de vista del usuario.

Cada caso de uso es un modo diferente de usar al sistema, por lo que cada caso de uso produce un diferente resultado.

En nuestro sistema tenemos 8 casos de uso, representados en la figura 2.

  • 1) Iniciar Sintonía:
    Temperatura: El usuario selecciona esta opción y se realiza la obtención de la curva de reacción del proceso por el método de Cohen y Coon.

    El Sistema comienza a muestrear la señal visualizándola en tiempo real y después de 10 minutos estará listo para obtener los parámetros PID.

    Nivel: El usuario selecciona esta opción y se realiza el muestreo de la señal del simulador.

    El usuario comenzará a variar el parámetro P del controlador, el sistema comienza a muestrear la señal, después de 15 segundos el usuario determinará visualmente si la señal es la adecuada.

    Si la señal es la adecuada, el sistema estará listo para obtener los parámetros PID.

  • 2) Obtención de parámetros PID:
    Después de realizar la sintonía, el usuario tendrá tres opciones: Obtener parámetros PI, Obtener Parámetros PD y Obtener parámetros PID.

    Según la opción elegida, el sistema efectuará unas fórmulas propuestas por el método de sintonía de lazo abierto (temperatura) o lazo cerrado (nivel) y mostrará los parámetros por pantalla.

  • 3) Cambiar Set-Point:
    Cuando el usuario cambia este valor, visualmente y en tiempo real, observará el cambio por pantalla.

  • 4) Control PID:
    El usuario empieza a realizar la acción de control PID. El sistema comienza a resolver el algoritmo que se encuentra en memoria, sensando el valor actual, determinando el error, y devolviendo por medio de la DAQ un valor entre 0 y 10 voltios.

  • 5) Cambiar Parámetro P:
    El usuario al cambiar este valor, está cambiando el parámetro P que se carga en el algoritmo PID que se encuentra en la memoria del sistema, ocasionando que el error aumente o disminuya y el control no se realice adecuadamente.

  • 6) Cambiar Parámetro I:
    El usuario al cambiar este valor, está cambiando el parámetro I que se carga en el algoritmo PID que se encuentra en la memoria del sistema, ocasionando que el control no se realice adecuadamente.

  • 7) Cambiar Parámetro D:
    El usuario al cambiar este valor, está cambiando el parámetro P que se carga en el algoritmo PID que se encuentra en la memoria del sistema, ocasionando que el control no se realice adecuadamente.

  • 8) Crear una Perturbación:
    El usuario simula una perturbación cada vez que lo desee. Esta perturbación ocasionará que la señal que en ese momento se esté midiendo, comience a disminuir lenta o rápidamente (según la perturbación efectuada por el usuario).

Todo esto se visualiza por pantalla de la figura 2.

 
ESCENARIOS
Los escenarios deben describir la interacción entre los actores activos externos con el sistema.

Siempre si el rol de cada actor es usualmente claro, esto dificultará el estudio de todas las interacciones posibles entre los actores y el sistema.

El figura 3 se muestra el escenario del caso de uso “Iniciar Sintonía – Temperatura”, mientras que la figura 4 muestra el escenario del caso de uso “Iniciar Sintonía – Nivel”.

La figura 5 muestra el escenario del caso de uso Crear una Perturbación

La figura 6 muestra el escenario del caso de uso Control PID.

La figura 7 muestra el escenario del caso de uso Obtención de Parámetros PID.

Hechas las definiciones pertinentes que hacen al lenguaje que utilizaremos para programar el PLC, en la próxima edición comenzaremos a ver la “estructura de objetos” que llevará a nuesto programa.

 
Sobre un trabajo del Ing. Fernando Ventura Gutiérrez
y la Coordinación del Ing. Horacio D. Vallejo
FIGURA 1
 
FIGURA 2
 
FIGURA 3
 
FIGURA 4
 
FIGURA 5
 
FIGURA 6
 
FIGURA 7
 
TABLA 1
 
 
PROMOCIONES