Maestría en Automatización y Control http://www.dspace.espol.edu.ec/handle/123456789/50568 2026-05-26T19:01:23Z 2026-05-26T19:01:23Z Rodríguez Sotero, Marco Antonio Sánchez Rosado, Richard Michael, Director http://www.dspace.espol.edu.ec/handle/123456789/68280 2026-05-12T20:39:11Z 2025-01-01T00:00:00Z

Migración del control analógico - Manual a un control digital - Semiautomático para la elaboración de botanas a base de maíz por proceso de extrusión Rodríguez Sotero, Marco Antonio; Sánchez Rosado, Richard Michael, Director This project presents the migration from an analog–manual control system to a digital–semi-automatic control system for the production of corn-based fried snacks through an extrusion process. The modernization initiative arose from several issues identified in the original production system, including variations in ingredient dosing, long downtime caused by electrical failures, low repeatability in operating cycles, and a high volume of product rejected for not meeting established quality specifications. These problems not only increased production costs but also compromised the consistency and standardization required in the final product. To address these deficiencies, a new digital control architecture was designed and implemented using a PLC, an HMI, and variable-frequency drives, supported by a redesigned electrical panel and updated wiring diagrams. The system incorporated sensors, actuators, and calibrated measuring devices such as water and oil flowmeters and a flour weighing module. Programming was carried out according to international standards, including IEC 61131-3 for PLC programming and ISA 101 for HMI design, ensuring a structured, reliable, and user-friendly control platform. The digital system replicated the operation of the previous analog control while adding precision, stability, and enhanced monitoring capabilities. The implementation process involved equipment relocation, integration of mechanical and electrical updates, real-world operational testing, and training of production, maintenance, and quality personnel. Through iterative adjustments, the system successfully matched and stabilized the timing and sequences previously achieved under manual control. Alarm-based diagnostics and real-time visualization improved fault detection, operational safety, and process traceability. The results revealed significant improvements in production performance. Downtime was reduced by more than 95%, decreasing from interruptions of up to two hours to only a few minutes. Product rejection decreased by up to 85.7% per week due to improved process stability and more accurate ingredient dosing. Additionally, the digital IV system increased overall operational efficiency, optimized resource utilization, and provided a scalable automation foundation aligned with the ISA-95 automation pyramid for potential future expansions. In conclusion, transitioning to a digital–semi-automatic control system substantially enhanced the reliability, efficiency, and quality of the corn snack production process. The project not only resolved critical limitations of the analog system but also positioned the company to adopt more advanced and competitive automation technologies in the food manufacturing sector. El presente proyecto tiene como objetivo la migración del sistema de control analógico–manual a un sistema de control digital–semiautomático para la elaboración de botanas fritas a base de maíz mediante proceso de extrusión. Esta modernización responde a la necesidad de atender diversas problemáticas detectadas durante el diagnóstico inicial del proceso productivo. Entre las más relevantes se identificaron la variabilidad en las cantidades de los ingredientes, los altos tiempos de paro ocasionados por fallas eléctricas, la baja repetitividad en los ciclos operativos y la elevada cantidad de producto rechazado por no cumplir con las especificaciones de calidad establecidas por la empresa. Estas condiciones, además de aumentar los costos de operación, afectaban de manera directa la estandarización del producto final. Para enfrentar estas deficiencias, se diseñó e implementó un sistema de control digital conformado por un PLC, una interfaz HMI y variadores de frecuencia, acompañado de la creación de un tablero eléctrico nuevo y un diagrama actualizado. Este diseño permitió integrar de manera eficiente sensores, dispositivos de medición, motores y actuadores, cumpliendo con los lineamientos establecidos en normas internacionales como IEC 61131-3 para la programación del controlador y ISA 101 para el diseño de interfaces hombre–máquina. Asimismo, se llevó a cabo la calibración de los flujómetros de agua y aceite, así como del módulo de pesaje de harina, con apoyo del departamento de metrología, asegurando una medición confiable de variables críticas para la consistencia del proceso. La estrategia de programación buscó replicar fielmente la secuencia del sistema analógico previo, pero con mejoras sustanciales en confiabilidad, precisión y supervisión. La implementación involucró la reubicación del equipo en una nueva nave industrial, ajustes mecánicos y eléctricos, pruebas en condiciones reales y la capacitación del personal de producción, mantenimiento y calidad. A través de esta etapa se realizaron ajustes necesarios para validar los tiempos del proceso, asegurar la correcta interacción entre dispositivos y garantizar que el sistema digital mantuviera la calidad del producto desde el arranque de cada ciclo. II Los resultados obtenidos demostraron una mejora significativa en la operación de la planta. Entre los beneficios más importantes se registró una reducción superior al 95% en los tiempos de paro, pasando de interrupciones prolongadas de hasta dos horas a tiempos mínimos que permitieron una continuidad operativa más eficiente. Asimismo, el producto rechazado disminuyó hasta en un 85.7% semanal gracias a la estabilidad del proceso y al control preciso de los ingredientes. El sistema también permitió mejorar la trazabilidad, facilitar el diagnóstico de fallas mediante alarmas y generar un entorno de operación más seguro y estandarizado. En conclusión, la migración al sistema digital–semiautomático representó un avance significativo en términos de eficiencia, calidad y confiabilidad del proceso de elaboración de botanas fritas. El proyecto no solo resolvió las limitaciones principales del sistema anterior, sino que también estableció una base sólida para la futura expansión del nivel de automatización, permitiendo que la empresa continúe avanzando hacia tecnologías más robustas, modernas y competitivas dentro del sector alimentario.

2025-01-01T00:00:00Z Cueva Tumbaco, José Enrique Herrera Muentes, Efrén Vinicio, Director http://www.dspace.espol.edu.ec/handle/123456789/68275 2026-05-12T18:51:00Z 2025-01-01T00:00:00Z

Diseño de un controlador adaptativo para el control de nivel de tres tanques interconectados bajo ataques de inyección de retardos en el sistema de control industrial Cueva Tumbaco, José Enrique; Herrera Muentes, Efrén Vinicio, Director The objective of this work is to design an adaptive controller to maintain the level of a three-tank interconnected system under delay injection attacks. The proposal consists of estimating the delay introduced by the attacker and using this information to adapt the Proportional Integral Derivative (PID) controller to mitigate the effects caused by the attacker and, thus, allow the system to operate normally. The development of the work consisted of the mathematical modeling of the three-tank plant with its respective PID control system in the SIMULINK environment. To emulate the attacking injections, time-delay injections into the feedback and feedforward channels were simulated. For the delay estimation, the Grey-Box system identification technique using the Recursive Least Squares Method (RLSM) was employed. Finally, an adaptive PID controller was designed and implemented, whose gains are adjusted based on the delay estimation. The obtained results showed that time-delay injection attacks severely affect the performance of a conventional PID controller, leading the system to instability. In contrast, the adaptive PID controller that was used successfully mitigated the attack, preserving system stability for up to 200 seconds, even under attack conditions. The comparative study corroborated the greater robustness of the adaptive scheme. It is concluded that the insertion of an estimation mechanism together with an adaptive control strategy is a suitable solution for defending Industrial Control Systems (ICS) against cyber threats such as time-delay injection. This proposal enhances the resilience of ICS, thereby increasing the operability of critical infrastructures by offering availability, security, and reliability. Keywords: Adaptive Controller, Cybersecurity, Industrial Control Systems, Delay Injection, Parameter Estimation. El trabajo tiene por objetivo diseñar un controlador adaptativo, que mantenga el nivel de un sistema de tres tanques interconectados, bajo ataques de inyección de retardos. La propuesta consiste en estimar el retardo que introduce el atacante y aprovechar dicha información para adaptar el controlador Proporcional Integral Derivativo (PID) con el objetivo de mitigar los efectos provocados por el atacante, con ello, permitir que el sistema funcione con normalidad. El desarrollo del trabajo ha consistido en el modelado matemático de la planta de tres tanques interconectados con su respectivo sistema de control PID en el entorno SIMULINK. Para ello, se simuló la inyección de retardos de tiempo a los canales de feedback y feedforward para emular las inyecciones atacantes, mientras que para la estimación de los retardos se empleó la técnica de identificación de sistemas de caja gris mediante el Método de Mínimos Cuadrados Recursivos (RLSM). Finalmente, se diseñó e implementó un controlador PID adaptativo cuyas ganancias se ajustan a partir de la estimación del retardo. Los resultados obtenidos mostraron que los ataques de inyecciones de retardo afectan de forma severa el desempeño de un controlador PID convencional, llevando el sistema a la inestabilidad. En contraste, el controlador adaptativo PID que se utilizó logró una mitigación del ataque, preservando la estabilidad del sistema en hasta 200 segundos, incluso bajo condiciones de ataque. El estudio comparativo corroboró la mayor robustez del esquema adaptativo. Se concluye que la inserción de un mecanismo de estimación junto con una estrategia de control adaptativa es una solución adecuada para defender los Sistemas de Control Industrial (ICS) contra amenazas cibernéticas como es la inyección de retardos. Esta propuesta fortalece la resiliencia de los ICS, aumentando así la operabilidad de las infraestructuras críticas ofreciendo disponibilidad, seguridad y confiabilidad.

2025-01-01T00:00:00Z Sánchez Montero, Freddy Yuris Villa Alcoser, Erika Jeaneth Sánchez Rosado, Richard Michael, Director http://www.dspace.espol.edu.ec/handle/123456789/68274 2026-05-12T18:29:01Z 2026-01-01T00:00:00Z

Diseño y simulación de un sistema de monitoreo en tiempo real para pozos subterráneos en en Cantón Duran Sánchez Montero, Freddy Yuris; Villa Alcoser, Erika Jeaneth; Sánchez Rosado, Richard Michael, Director Currently, the Municipal Sewerage and Drinking Water Company of Durán Canton (EMAPAD-EP) operates eight underground wells without an automated monitoring system, which limits the timely detection of flow, pressure, and pump failures. This creates delays in identifying problems and affects the continuity of the drinking water supply. This thesis project aims to design and simulate a real-time monitoring system to optimize well operation. Strategically located sensors and an automatic alarm system will be used to immediately notify engineers of any anomalies. Additionally, a remote monitoring platform will be developed to visualize critical parameters and make corrective decisions more quickly. Technologies such as APIs for data submission, random data generation algorithms, and tools such as Node-RED will be used for simulation. A correspondence is established between the real elements and the simulated components: the SIMATIC IoT 2050 will be represented by an API developed in Python; the physical pressure, flow, and vibration sensors will be emulated using random data generating algorithms; industrial communication via protocols such as Modbus will be replicated via HTTP between the API and Node-RED; and visualization will be performed using dashboards in Node-RED, enabling real-time operational monitoring. Virtual testing will be conducted to evaluate the system's efficiency and validate its operation before implementation. The expected results include the detailed design of the monitoring system, simulation of its operation, and an operation and maintenance protocol. The implementation of this system will improve operational efficiency and ensure a more reliable supply of drinking water for the population of Durán. Keywords: API, Node-RED, SIMATIC IoT 2050, HTTP, Modbus, underground wells En la actualidad, la Empresa Municipal de Alcantarillado y Agua Potable del Cantón Durán (EMAPAD-EP) opera ocho pozos subterráneos sin un sistema automatizado de monitoreo, lo que limita la detección oportuna de fallas en caudal, presión y funcionamiento de bombas. Esto genera retrasos en la identificación de problemas y afecta la continuidad del suministro de agua potable. Este proyecto de tesis tiene como objetivo diseñar y simular un sistema de monitoreo en tiempo real para optimizar la operación de los pozos. Se emplearán sensores estratégicamente ubicados y un sistema de alarmas automáticas que notificarán de inmediato a los ingenieros ante cualquier anomalía. Además, se desarrollará una plataforma de supervisión remota para visualizar los parámetros críticos y tomar decisiones correctivas con mayor rapidez. Para la simulación se utilizarán tecnologías como APIs para el envío de datos, algoritmos de generación de datos aleatorios y herramientas como Node-RED. Se establece una correspondencia entre los elementos reales y los componentes simulados: el SIMATIC IOT2050 será representado por una API desarrollada en Python, los sensores físicos de presión, caudal y vibración serán emulados mediante algoritmos generadores de datos aleatorios, la comunicación industrial por protocolos como Modbus será reproducida mediante HTTP entre la API y Node-RED; y la visualización se realizará mediante dashboards en Node-RED, permitiendo una supervisión operativa en tiempo real. Se realizarán pruebas virtuales para evaluar la eficiencia del sistema y validar su operatividad antes de su implementación. Los resultados esperados incluyen el diseño detallado del sistema de monitoreo, la simulación de su funcionamiento y un protocolo de operación y mantenimiento. La implementación de este sistema mejorará la eficiencia operativa y garantizará un suministro de agua potable más confiable para la población de Durán.

2026-01-01T00:00:00Z Baque Carvallo, Johnny Arturo Sánchez Rosado, Richard Michael, Director http://www.dspace.espol.edu.ec/handle/123456789/68273 2026-05-12T18:12:55Z 2025-01-01T00:00:00Z

Automatización del sistema de dosificación de combustible en generadores eléctricos y supervisión de las variables eléctricas de grupos electrógenos Baque Carvallo, Johnny Arturo; Sánchez Rosado, Richard Michael, Director This thesis aims to design and implement an automated system for fuel dosing and remote monitoring of a set of electric generators, which were installed in response to the power outages that affected the country in 2024. A company (target client) faces operational problems due to manual fuel dosing, such as spills, downtime, lack of real-time variable monitoring, among others. The proposed solution integrated automation and industrial communication technologies, using a Siemens Logo V8.4 PLC with expansion modules, an HMI, pressure sensor, actuators, and a SCADA system developed in InduSoft Web Studio. The communication protocol used was Modbus TCP/IP, structured in a tree network topology, which allowed establishing robust communication between the devices. The system was validated through simulations in Factory I/O and final tests on the plant, both of the system and SCADA. The results obtained demonstrated the operational effectiveness of the designed system, allowing fuel dosing. The implemented system is scalable, complies with industrial programming standards, and lays the foundation for future integration with technologies oriented to Industry 4.0. Finally, the system is implemented, highlighting the operational efficiency for which it was designed, the improvement in the supervision of variables of interest, reduction of fluid handling, and scalability of the system, in addition to indicating ideas for future updates. Keywords: Industrial automation, remote monitoring, Fuel, SCADA, generator set. El presente trabajo de titulación tiene como objetivo diseñar e implementar un sistema automatizado para la dosificación de combustible y supervisión remota de un conjunto de generadores eléctricos, los cuales fueron instalados como respuesta a los cortes energéticos que afectaron al país en el 2024. Una empresa (cliente objetivo) enfrenta problemas operativos debido a trabajos manual de dosificación del combustible, tales como derrames, tiempos muertos, falta de monitoreo de variables en tiempo real, entre otras. La solución que se propuso integró tecnologías de automatización y comunicación industrial, empleando un PLC Siemens Logo V8.4 con módulos de expansión, un HMI, sensor de presión, actuadores y un sistema SCADA desarrollado en InduSoft Web Studio. El protocolo de comunicación utilizado fue Modbus TCP/IP, estructurado en una topología de red en árbol, lo que permitió establecer una comunicación robusta entre los dispositivos. El sistema fue validado mediante simulaciones en Factory I/O y pruebas finales en planta, tanto del sistema y SCADA. Los resultados que se obtuvieron demostraron una eficacia operativa del sistema diseñado, permitiendo que la dosificación de combustible. El sistema que se implementó es escalable, cumpliendo con los estándares industriales de programación y sienta las bases para futuras integración con tecnologías orientas a la Industria 4.0. Finalmente, se implementa el sistema destacando la eficacia operativa para lo cual se lo diseñó, la mejora en la supervisión de variables de interés, reducción de manipulación de fluidos y escalabilidad del sistema. Además, de indicar ideas para futuras actualizaciones.

2025-01-01T00:00:00Z