Introduccion a los DCS: Sistemas de Control Distribuido

14 Octubre 2011
Puede resultar atrevido de mi parte intentar escribir un curso de Sistemas de Control Distribuido (DCS), y siento que mi corta experiencia (+- 3 años) utilizando estos sistemas no me dan tal DERECHO. Pero creo que si tengo el DERECHO de mostrar lo que he aprendido, compartir mis experiencias, mis errores y sobre todo seguir aprendiendo de libros geniales como "Lessons In Industrial Instrumentation" de Tony R. Kuphaldt y "Process Control and Optimization" de Belá Lipták con todos ustedes, asi que con mi corta experiencia, la ayuda de estos dos libros magnificos y mi ATREVIMIENTO sacaremos adelante este proyecto "escribir un curso de Sistemas de Control Distribuido DCS". Asi que no los canso mas con palabreos, empecemos.

 

Aunque no hemos escrito un curso respecto a un concepto un poco antiguo llamado DDC (Direct Digital Control), los DCS se impusieron a esto y revolucionaron el concepto de control. El control digital directo (DDC) durante esa época sufría de un problema sustancial: EL POTENCIAL peligro de que exista una falla en un único computador digital que controlaba o ejecutaba MULTIPLES lazos de control PID, funciones que nunca debía detenerse. El control digital traje muchas ventajas, pero no valía la pena si existía el riesgo de que la operación de detuviera completamente (o fallara catastróficamente) seguido de un falla en el hardware o software en una única computadora.

 

Los controles distribuidos están destinados a solucionar esta preocupación teniendo múltiples computadores, cada una responsable de un grupo de lazos PID, distribuidos por las instalaciones y enlazados para compartir información entre ellas y con las consolas de operación. Ahora ya no había la preocupación de tener todos los lazos en un solo computador. La distribución de los computadores o controladores también ordeno el cableado de señales, dado que ahora cientos o miles de cables de instrumentos solo tienen que llegar hasta los nodos distribuidos, y no todo el camino hasta llegar la sala de control centralizada. Solo los cables de la red tenían que está enlazando a los controladores, representando una drástica reducción de cablead necesario. Además, el control distribuido introdujo el concepto de REDUNDANCIA en los sistemas de control industrial: donde la adquisición de señales digitales y las unidades de procesamiento estaban equipadas con un "spare" o "repuesto" para que automáticamente tomen el control de todas las funciones críticas en caso de ocurra una falla primaria.

 

En la siguiente figuro se muestra una arquitectura típica de un Sistema de Control Distribuido (DCS):

 

Arquitectura DCS

 

Cada rack contiene un procesador para implementar todas las funciones de control necesarias, con tarjetas individuales de entrada y salida (I/O) para convertir las señales de analógicas a digitales o vice-versa. La redundancia de procesadores, redundancia de cables de red, e incluso redundancia de tarjetas I/O es implementada para prevenir la falla en algún componente. Los procesadores de los DCS son usualmente programados para realizar una rutina de auto-revisión en sus componentes redundantes del sistema para asegurar la disponibilidad de los equipos spare en caso de alguna falla.

 

Si incluso hubiera una talla total en uno de los racks de control, solo los lazos PID de este único rack serán afectados, ningún otro lazo del sistema. Por otro lado, si los cables de red fallan, solo el flujo de información entre estos dos puntos se dañaría, el resto del sistema continua comunicando la información normalmente. Por lo tanto, una de las "leyes" o características clave de un DCS es su tolerancia a fallas serias: sin importar la falla de hardware o software el impacto en el control del proceso es minimizado por el diseño.

 

Algunos sistemas de control distribuido modernos a esta fecha (2011) son:

 

- ABB : 800xA
- Emerson: DeltaV y Ovation
- Invensys Foxboro: I/A Series e InFusion
- Honeywell: Experion PKS
- Yokogawa: CENTUM VP y CENTUM CS

 

En la siguiente figura se muestra un rack o gabinete del DCS I/A Series de Invensys Foxboro:

 

 

Aquí otra fotografía del Emerson DeltaV DCS con un procesador y múltiples I/Os:

 

Una fotografía de un DCS Emerson Ovation se muestra a continuación empotrado en un gabinete vertical:

 

 

Varios DCS modernos como el I/A Series de Invensys Foxboro usan computadores de terceros en vez de sus propias marcas como Estaciones de Operación. Esto aprovecha las tecnologías existentes en computadores de trabajos y las pantallas sin sacrificar la fiabilidad del control (ya que el hardware y software de control siguen siendo de tipo industrial).
Los PLC (Controladores Lógicos Programables) están teniendo más protagonismo en el control PID debido a su alta velocidad, funcionalidad y costo relativamente bajo. Ahora es posible con los PLC modernos en hardware y red construir una "copia" de un sistema de control distribuido como PLC individuales como nodos, y con construir la redundancia con estos nodos y no afectar la operación de controles críticos. Además estos sistemas se pueden comprar a un costo muy bajo respecto al costo inicial de un DCS.

 

Sin embargo, lo que actualmente le falta a los PLC es el mismo nivel de integración de hardware y software necesaria para construir sistemas de control distribuido funcionales, es decir como realmente viene de fábrica los DCS hoy en día: listos para usar y con sistemas pre construidos. En otras palabras, si una empresa elige construir su propio DCS usando controladores lógicos programables, ellos deberán estar preparados para HACER y GASTAR bastantes horas de trabajo en programación para tratar de emular el mismo nivel de funcionalidad y potencia de un pre-configurado y pre-desarrollado DCS.

 

Cualquier ingeniero o técnico que ha experimentado la potencia de los DCS modernos (con auto diagnóstico, administración de instrumentos inteligentes, auditoria de eventos, control avanzado, redundancia, recolección y análisis de datos, administración de alarmas, etc.) se dará cuenta que estas características no son para NADA fáciles de implementar para algún ingeniero. Ay de aquel que cree que estas características pueden ser implementadas o creadas por un staff de ingenieros a un menor costo y menor tiempo!! (Guerra avisada no mata gente: D)

 

José Carlos Villajulca

Soy un apasionado Ingeniero Electrónico especializado en Control, Automatizacion e Instrumentacion Industrial. Experimentado en el desarrollo, ejecución y gestión de proyectos asi como en la Operacion de sistemas automaticos.

Cualquier consulta hacerla en el Grupo de Facebook https://www.facebook.com/instrumentacionycontrol.net/ (unico medio para consultas)

Sitio Web: https://www.linkedin.com/in/josevillajulca/ Email Esta dirección de correo electrónico está protegida contra spambots. Usted necesita tener Javascript activado para poder verla.