Diseño y simulación de una línea de producción empleando protocolos de comunicación industrial (IIoT) para el control y monitoreo de sistemas de automatización heterogéneos
El presente trabajo de titulación desarrolla e implementa una metodología que permite la integración e interconexión de procesos heterogéneos empleando un enfoque de comunicación de internet industrial de las cosas (IIoT, por sus siglas en inglés), en un ambiente de simulación bajo el concepto de...
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Universidad de Cuenca
2021
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| author | Barriga León, Pablo Adrián Villarreal Esquivel, Marcos Lenín |
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e interconexión de procesos heterogéneos empleando un enfoque de comunicación de internet
industrial de las cosas (IIoT, por sus siglas en inglés), en un ambiente de simulación bajo el concepto
de Industria 4.0. Los protocolos que se usan, principalmente, son MQQT y HTTP y operan bajo la
arquitectura cliente-servidor, además de filtrar la información mediante eventos Publisher/Suscriber y
Request/Response, respectivamente. Se diseña un proceso industrial que emula a través del software
Factory I/O una línea de producción de zumo de naranja, controlada mediante un controlador lógico
programable (PLC). Un aspecto importante es el diseño de un controlador PID para la automatización
del proceso de forma eficiente. El proceso de comunicación es implementado con ayuda del servidor OPC, el mismo que hace
referencia a un protocolo de comunicación en el campo de control y supervisión de procesos industriales.
OPC actúa como middleware y permite la conexión entre cada uno de los niveles de la pirámide de
automatización. De esta manera, se habilita la opción de envío de información de la fábrica hacia la
nube, con el objetivo de monitorizar el estado actual de cada una de las variables que intervienen en el
proceso de producción. Para el manejo de información de la planta se empleó el software Node-RED, de
esta forma, se logra establecer un enlace con la base de datos de cada uno de los entornos de desarrollo
IIoT, así mismo, almacenando los datos de la fábrica en tiempo real.
Con el objetivo de realizar un análisis comparativo en función a la eficiencia del manejo de información
se empleó la herramienta Wireshark, obteniendo de esta manera distintos resultados en función al
porcentaje de paquetes perdidos para cada protocolo de comunicación. Para el desarrollo del proyecto
se utilizó una plataforma del tipo open source conocida como Thinger.io y una de modelo de pago que
es AWS. De igual manera, se emplea un bloque de MySQL para capturar paquetes de forma local.
Con propósitos de visualización, se implementa un sistema HMI en LabVIEW y se crea su respectivo
gemelo digital en el entorno de Node-RED con el propósito de virtualizar los servicios de la capa MES
y brindar acceso a diferentes operarios de la planta.
Como resultado, se programa un agente detector de fallas en el sistema multitanque y se enlaza su
funcionamiento a un bloque que emite una notificación a través de un correo electrónico y la interacción
entre un bot y operarios de la fábrica para que tomen las medidas correctivas. |
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Se diseña un proceso industrial que emula a través del software Factory I/O una línea de producción de zumo de naranja, controlada mediante un controlador lógico programable (PLC). Un aspecto importante es el diseño de un controlador PID para la automatización del proceso de forma eficiente. El proceso de comunicación es implementado con ayuda del servidor OPC, el mismo que hace referencia a un protocolo de comunicación en el campo de control y supervisión de procesos industriales. OPC actúa como middleware y permite la conexión entre cada uno de los niveles de la pirámide de automatización. De esta manera, se habilita la opción de envío de información de la fábrica hacia la nube, con el objetivo de monitorizar el estado actual de cada una de las variables que intervienen en el proceso de producción. Para el manejo de información de la planta se empleó el software Node-RED, de esta forma, se logra establecer un enlace con la base de datos de cada uno de los entornos de desarrollo IIoT, así mismo, almacenando los datos de la fábrica en tiempo real. Con el objetivo de realizar un análisis comparativo en función a la eficiencia del manejo de información se empleó la herramienta Wireshark, obteniendo de esta manera distintos resultados en función al porcentaje de paquetes perdidos para cada protocolo de comunicación. Para el desarrollo del proyecto se utilizó una plataforma del tipo open source conocida como Thinger.io y una de modelo de pago que es AWS. De igual manera, se emplea un bloque de MySQL para capturar paquetes de forma local. Con propósitos de visualización, se implementa un sistema HMI en LabVIEW y se crea su respectivo gemelo digital en el entorno de Node-RED con el propósito de virtualizar los servicios de la capa MES y brindar acceso a diferentes operarios de la planta. Como resultado, se programa un agente detector de fallas en el sistema multitanque y se enlaza su funcionamiento a un bloque que emite una notificación a través de un correo electrónico y la interacción entre un bot y operarios de la fábrica para que tomen las medidas correctivas. This paper towards obtaining an academic degree, develops and implements a methodology allowing the integration and interconnection of heterogeneous processes using an industrial internet of things (IIoT) communication approach in a simulation environment under the concept of Industry 4.0. The protocols used are ,mainly, MQQT and HTTP and operate under the client-server architecture, in addition to filtering information through ,respectively , Publisher / Subscriber and Request / Response events. An industrial-like process is designed through Factory I / O software . An orange juice production line, controlled by a programmable logic controller (PLC). An important aspect is the design of a PID controller to automate the process efficiently. The communication process is implemented with the aid of the OPC server, which refers to a communication protocol in the field of control and supervision of industrial processes. OPC interacts as middleware and allows the connection between each of the levels of the automation pyramid. In such a way, the option of sending information from the factory to the cloud is enabled, in order to monitor the current state of each of the variables involved in the production process. The Node-RED software was used to manage the plant information, in this way, it is possible to establish a link with the database of each of the IIoT development environments, likewise, storing the factory data in real time. In order to carry out a comparative análisis, based on the efficiency of information management, the Wireshark tool was used, thus obtaining different results based on the percentage of lost packets for each communication protocol. For the development of the project, an open source platform known as Thinger.io and a payment model AWS, was utilized. Similarly, a MySQL block is used to capture packets locally. For visualization purposes, an HMI system is implemented in LabVIEW and its respective digital-twin is created in the Node-RED environment with the purpose of: virtualizing the services of the MES layer and providing access to different plant operators. As a result, a fault detection agent is programmed in the multitank system and its operation is linked to a block that issues a notification via email and the interaction between a bot and factory operators to take corrective measures. Ingeniero en Electrónica y Telecomunicaciones Cuenca 2021-07-28T21:01:39Z 2021-07-28T21:01:39Z 2021-07-28 bachelorThesis http://dspace.ucuenca.edu.ec/handle/123456789/36562 spa TET;111 Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 Internacional http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/ openAccess application/pdf 89 páginas application/pdf Universidad de Cuenca |
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