Anticipar las alarmas de la autoclave a partir de las correlaciones entre sus sensores
Hoy el sistema de automatización dispara una alarma cuando una variable ya ha cruzado su umbral (p. ej. temperatura de cámara fuera de 121–123 °C durante 180 s) y el PLC aborta el ciclo. Las causas suelen dejar huella antes en la relación entre sensores: la válvula de vapor que abre sin que suba la temperatura, una sonda que se separa de las otras dos, una presión que se aleja de la de saturación. Este demostrador aprende esas firmas y avisa con minutos de antelación.
Datos simulados con la física del proceso y los parámetros reales del equipo.
7 + 1
Sensores analógicos 4-20 mA + válvula modulante GPVP56
123
Alarmas HMI: 85 errores · 33 advertencias · 5 mensajes
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Ciclos de esterilización simulados para entrenar
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Alarmas anticipadas en ciclos de prueba
Arquitectura propuesta
SensoresPICR12, TIC21-23, TIC38, TICR24-25 (4-20 mA)
PLC Siemens S7Escalado, calibración y alarmas por umbral
SCADATiempo real 1 s · histórico 1 min (365 días)
Batch MasterOPC UA → SQL Express, datos por lote
Ingeniería de variablesPendientes, dispersión entre sondas, residuo P-saturación, σ móviles
Modelo IAProbabilidad de cada familia de alarma en los próximos N min
Aviso tempranoAdvertencia al operador antes del error y del aborto del ciclo
El modelo funciona en paralelo, como sistema de apoyo: no modifica la lógica validada del PLC ni las alarmas existentes (requisito GAMP 5 / CFR 21 parte 11).
Familias de alarmas que se anticipan
| Familia | IDs HMI | Regla actual del PLC | Firma de correlación (hipótesis) |
|---|---|---|---|
| Demora de calentamiento | 98, 102, 106, 110, 114 | Fase de calentamiento > 3600 s sin alcanzar la temperatura (9-0108) | Válvula GPVP56 saturada al 100 % con pendiente baja de TIC38 y de las sondas de cámara → vapor insuficiente. |
| Diferencia entre sondas de cámara | 118, 119 | Máx − mín de sondas > 10 °C durante 120 s (9-0124/0126) | Dispersión creciente entre TIC21/22/23 mientras la media sigue a TIC38 → deriva o fallo de una sonda. |
| Temperatura sobre el máximo en esterilización | 96, 100, 104, 108, 112 | T > 123 °C durante más de 180 s en fase de esterilización (9-0111/0114) | TIC38 sube mientras el controlador reduce la apertura de GPVP56 (correlación negativa) → fuga / pase de vapor en la válvula. |
| Temperatura bajo el mínimo en esterilización | 97, 101, 105, 109, 113 | T < 121 °C durante más de 180 s en fase de esterilización (9-0110/0114) | GPVP56 abre hacia el 100 % mientras TIC38 cae → caída del suministro de vapor industrial. |
| Alta presión en la cámara | 1, 92 | PICR12 > 3,6 bar (5-0105) / > 3,7 bar (2-0103) | Residuo de presión (PICR12 − presión de saturación esperada) creciente y oscilación de PICR12 → fallo de regulación de aire. |
| Demora de enfriamiento | 99, 103, 107, 111, 115 | Fase de enfriamiento > 3600 s sin llegar a 45 °C (9-0121) | Pendiente de enfriamiento de TIC38 y de cámara inferior a la habitual → servicio de agua fría degradado. |
Señales utilizadas
| Tag | Descripción | Dir. | Rango |
|---|---|---|---|
| PICR12 | Presión en la cámara | IW96 | 0–4 bar |
| TIC21 | Temperatura cámara 1 | IW102 | 0–150 °C |
| TIC22 | Temperatura cámara 2 | IW104 | 0–150 °C |
| TIC23 | Temperatura cámara 3 | IW106 | 0–150 °C |
| TIC38 | Temperatura salida intercambiador | IW108 | 0–150 °C |
| TICR24 | Temperatura bolsa patrón 1 (producto) | IW98 | 0–150 °C |
| TICR25 | Temperatura bolsa patrón 2 (producto) | IW100 | 0–150 °C |
| GPVP56 | Válvula modulante de vapor al IC | QW112 | 0–100 % |
Limitaciones y siguientes pasos
- Los datos son simulados: el zip no contiene históricos. Las dinámicas y umbrales (receta, 0221_CPR_2) son los del equipo, pero las anomalías inyectadas son hipótesis.
- En la planta real las Pt100 de producto (TICR24/25) no están instaladas y TIC21 está deshabilitado; habría que reentrenar con las sondas disponibles.
- Paso 1: exportar a CSV los lotes de Batch Master (ciclo de muestreo ≤ 10 s) y el historial de alarmas con sus marcas de tiempo.
- Paso 2: reentrenar y validar con lotes reales (separación por lote, como aquí) y fijar umbrales con Calidad.
- Paso 3: desplegar como cliente OPC UA de solo lectura y publicar el riesgo en el SCADA como advertencia.