Arquitectura de los Sistemas de Control Distribuidos DCS : identificando el poder renundante

30 Agosto 2010

 

Los DCS se están transformando en plataformas computacionales distribuidas con suficiente rendimiento para soportar aplicaciones en tiempo real de gran escala y escalabies para direccionar aplicaciones de unidades pequeñas.

 

Los estándares de sistemas abiertos están permitiendo a los DCS ei recibir información de diversos conjuntos de plataformas computacionales similarmente compatibles, incluyendo negocios, información de laboratorio, mantenimiento y otros sistemas de planta, así como dar información a estos sistemas para apoyo de múltiples aplicaciones.

 

Los DCS tradicionalmente están organizados en cinco grandes subsistemas: estaciones de trabajo de operaciones, subsistemas de control, subsistemas de recolección de datos, subsistemas computacionales de procesos y redes de comunicación.

 

Procesador FCP270 del DCS Foxboro I/A Series

 

ESTACIONES DE TRABAJO DE OPERACIONES

 

El criterio primario de las primeras workstatíons fue la aceptación del operador. El utilizar mímicos de paneles, fácilmente entendibles por los operadores fue la primera aproximación. Esto se hizo emulando instrumentos convencionales para una interacción similar a la que se haría con los instrumentos reales, siendo las ventajas tanto operacionales como económicas. Luego se añadieron gráficas de los procesos de modo tal de representar pictóricamente una unidad de proceso o una sección de un área de proceso con información actualizada de este.

 

El manejo de alarmas es algo que concierne al personal de operaciones, independientemente de la pantalla que se esté observando, los sistemas actuales permiten alertar al operador sobre condiciones límite de muchas variables de los procesos controlados, en variadas formas tanto visuales como audibles. El proveer información acerca de las tendencias de las condiciones de los procesos, es un área donde los DCS han sido desarrollados en forma excelente, tanto por la presentación misma de estas, como por la capacidad de guardar información de miles de variables, permitiendo analizarlas en cualquier momento para mejorar la estabilidad de los procesos, las operaciones de planta, manejo de inventarios, etc.

 

A medida que las estaciones de trabajo de operaciones o estación de. operador evolucionaron, el concepto de estación de trabajo universal empezó a utilizarse. Esta es una consola de operaciones que provee toda la información requerida por los operadores, tanto para la regulación de los procesos como para acceder a información seleccionada en otras operaciones de modo tal de permitir al operador tomar mejores decisiones tácticas como cuando arrancar una unidad o ajustar un proceso para compensar aigún problema en el mismo.

 

La aparición de workstations orientadas a ventanas (Windows), esencialmente han permitido a los monitores de las mismas tener pantallas divididas en secciones escalables, actuando cada una de estas secciones como un subsistema de visualización independiente. Supervisores u operadores pueden así ver información de diferentes programas simplemente direccionando la saüda del display para ese programa a la ventana particionada: un operador podría requerir un gráfico de proceso de una unidad de' proceso y verlo en una primera ventana; un análisis estadístico de los últimos batches (lotes) hechos en esa unidad dirigidos a una segunda ventana; un reporte de inventario de materia prima disponible en una tercera; la tendencia en tiempo rea! de variables específicas en una cuarta; la formulación o receta del batch en ejecución en una quinta y el sumario del programa de producción de esa semana en una sexta.

 

Command Center Foxboro, con teclados funcionales de Operación

 

Si se diseña apropiadamente, varias estaciones en diferentes lugares pueden al mismo tiempo ver la misma información. En efecto, todas ellas pueden ser hechas para tener acceso independiente y total a todas las informaciones y aplicaciones de la red.

 

 

SUBSISTEMAS DE CONTROL

 

El primer controlador multilazo fue desarrollado en 1970 por la firma Honeywell. Tenía 8 lazos que ofrecían varias funciones y flexibilidad, independientemente de la configuración de cada elemento de control o bloques, pero con la limitación en la habilidad de conectar varios bloques juntos para lograr esquemas de control complejos sin cableado externo. Esto ha sido superado en los años posteriores con subsistemas más grandes en tamaño y funciones, permitiendo que el uso de estos controladores "compartidos" sea la principal razón del empleo del DCS sobre la instrumentación convencional.

 

Figura 4 - Estructura física de un controlador DCS en el que todos los lazos de control comparten diversas tarjetas

 

Figura 5 - Estructura física de un controlador DCS en el que se tienen tarjetas individuales para cada lazo

 

 

La herramienta para lograr esto es la emulación de instrumentos electrónicos como bloques de funciones; los cuales pueden ser interconectados para formar estrategias de control de lazos. La inclusión posterior de funciones de enclavamiento y secuenciarniento han permitido estrategias de control avanzadas; bloques típicos incluyen:

 

 

Siendo bloques relativamente fáciles de usar, son sin embargo resultado de un diseño bastante complejo. Ai aplicarlos, es importante comprender que existen diferencias fundamentales entre su implementación usando circuitería electrónica analógica o tecnología digital como sucede por ejemplo con el tiempo de muestreo de los datos, sincronización de los algoritmos en aplicaciones secuenciales, inicialización de los bloques a utilizar, respuesta de estos a1 situaciones anormales, lenguajes de procedimiento, etc.

 

Figura 6 - En un solo módulo se tienen todas las capacidades

 

 

 

Procesadores FCP270 Renundantes (Foxboro)

 

Figura 7 - Una de las características de un sistema es la redundancia. Aquí cada tarjeta del controlador de reserva es compartida entre los controladores activos

 

 

Figura 8 - Redundancia con un controlador de reserva por cada controlador activo

 

José Carlos Villajulca

Soy un apasionado ingeniero especializado en Control, Automatizacion e Instrumentación Industrial. Con mas 9 años de experiencia desarrollando proyectos y manteniendo sistemas de control en diversas plantas industriales. Soy director y webmaster de InstrumentacionyControl.NET y de MyAutomationClass.com. Cualquier consulta o comentario lo puedes hacer en la parte de abajo y escribiendo nuestro foro: http://instrumentacionycontrol.net/foros/.

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