Introduccion a la Arquitectura de un DCS: conociendo su estructura tipica

23 Noviembre 2011

 

Con la aparición de los DCSs, se solucionó gran parte de los problemas que tenían sus antecesores (los DDC o Direct Digital Control). Para empezar, los DCS distribuyeron mucho mejor las funciones, ahora los controladores, I/O, estaciones de operación, historizadores, sistemas de alarmas y estaciones de configuración estaban en un equipo diferente e individual. Una funcionalidad clave del sistema es la tener redundancia para la red de datos principal o datahigways, controladores, I/O, buses de campo, y en algunos casos Fault-tolerant Workstations (estaciones tolerante a fallas).
La evolución de las comunicaciones  y hardware han alterado dramáticamente la estructura de los sistemas de control. La tecnología de comunicaciones como Ethernet y TCP/UDP/IP combinado con estándares de comunicación industrial como OPC y protocoles abiertos permiten integrar aplicaciones de terceros fácilmente en los sistemas de control. Asi mismo, el diseño orientado a objetos, diseños componentes de software y herramientas de soporte para la implementación ha facilitado el desarrollo de mejores interfaces para el usuario y además la implementación de software reusable.
Los mejores fabricantes de DCSs hoy en día traen todas estas características, pueden integrar totalmente buses de campo I/O como FieldBus y ProfiBus sin ningún problema. Esto quiere decir que los nuevos controladores pueden enlazar dispositivos o ser interfaces para integrar multiples I/O basados en FieldBus, DeviceNet, AS-Interface, HART, ProfiBus y las I/O convenciones (punto a punto) en un solo sistema. En la siguiente figura podemos ver un ejemplo de esto.
Los DCSs han dominado por años el control de procesos industriales, han mejorado su performando y confiabilidad a través del tiempo. Durante los años el diseño de sistemas DCS se ha tornado cada vez más modular, debido a que cada vez se ha ido reduciendo los costos en hardware, y esto ha permitido que hoy en dia se pueda encontrar DCS hasta en plantas pequeñas.
Principales Componentes de un Sistema de Control Distribuido
En la figura siguiente podemos apreciar los principales componentes de un sistema de control distribuido (DCS).
La INTERFAZ DE OPERACIÓN típicamente es un computador personal robusto (PC) con teclados estándar, mouse y monitores LCD. Además, las consolas de operación pueden incluir arreglos de pantallas (2, 3 ó 4 pantallas) a fin de visualizar de todo el proceso y facilitar la operación de las pantallas.
Las computadoras personales además, proveen la rapidez, suficiente memoria y capacidad de disco duro para proveer una eficiente plataforma para los requerimientos de las estaciones de ingeniería que son utilizadas para la configuración del sistema y diagnóstico. Por otro lado, la relación precio-performance de las PCs han sido la causa de que los principales proveedores de DCS las utilices para integrar los softwares de los sistemas de control. Sistemas operativos como Windows XP (para clientes) y  Windows 2003 Server (para servidores) son utilizados en la actualidad, aunque ya podemos hoy en día ver que los sistemas de control industrial soportan Windows 7 y Windows 2008 Server. Los tiempos del entrañable Unix o Linux en el ámbito industrial se han relegado a través de los años, y los principales fabricantes ya no lo soportan.
El equipamiento de operación sirve para monitorear las condiciones de proceso, manipular setpoints, recibir e enviar comandos, y generalmente están localizados en una Sala de Control Principal (Central Control Room). Desde aquí el operador puedes (1) visualizar la información que es enviada por los transmisores desde las áreas de proceso y (2) cambiar las condiciones de control desde un dispositivo de entrada. Las unidades de control están distribuidas a lo largo de las áreas de proceso, realizando dos funciones en cada localización: leer o medir las variables análogas y discretas (entradas) y generar las señales de salida para actuadores para cambiar las condiciones de proceso.
Las señales de entrada y salida pueden ser análogas o discretas. Entendiéndose que las señales debe transmitirse o comunicarse desde la sala central y las localizaciones remotas donde se encuentran los controladores. La ruta de comunicación puede ser punto a punto (sala de control-controlador) o mediante un bus de datos de alta velocidad que se interconecta con todos los controladores y la sala de control principal. En algunos casos esta comunicación puede ser una conexión wireless via radio, microondas o satélite, evidentemente en los casos que se necesite realizar control mediante estos enlaces se necesitará incluir algún tipo de redundancia a fin de minimizar la caída de los enlaces.
Para finalizar esta introducción a la arquitectura de un DCS, quiero llevar estos conceptos al DCS IA Series de Invensys Foxboro (y el ECS InFusion del mismo fabricante). En la figura siguiente se muestra la arquitectura más simple pero con los componentes principales de este DCS:
En el próximo artículo detallaremos los componentes funcionales de un DCS.
Quiero saber qué piensas. Vamos quiero que comentes, ahora!!!

 

Con la aparición de los DCSs, se solucionó gran parte de los problemas que tenían sus antecesores (los DDC o Direct Digital Control). Para empezar, los DCS distribuyeron mucho mejor las funciones, ahora los controladores, I/O, estaciones de operación, historizadores, sistemas de alarmas y estaciones de configuración estaban en un equipo diferente e individual. Una funcionalidad clave del sistema es la tener redundancia para la red de datos principal o datahighways, controladores, I/O, buses de campo, y en algunos casos Fault-tolerant Workstations (estaciones tolerante a fallas).

 

La evolución de las comunicaciones  y hardware han alterado dramáticamente la estructura de los sistemas de control. La tecnología de comunicaciones como Ethernet y TCP/UDP/IP combinado con estándares de comunicación industrial como OPC y protocolos abiertos permiten integrar aplicaciones de terceros fácilmente en los sistemas de control. Asi mismo, el diseño orientado a objetos, componentes de software y herramientas de soporte para la implementación ha facilitado el desarrollo de mejores interfaces para el usuario y además la implementación de software reusable.

 

Los mejores fabricantes de DCSs hoy en día traen todas estas características, pueden integrar totalmente buses de campo I/O como FieldBus y ProfiBus sin ningún problema. Esto quiere decir que los nuevos controladores pueden enlazar dispositivos o ser interfaces para integrar multiples I/O basados en FieldBus, DeviceNet, AS-Interface, HART, ProfiBus y las I/O convenciones (punto a punto) en un solo sistema. En la siguiente figura podemos ver un ejemplo de esto.

 

Los DCSs han dominado por años el control de procesos industriales, han mejorado su performando y confiabilidad a través del tiempo. Durante los años el diseño de sistemas DCS se ha tornado cada vez más modular, debido a que cada vez se ha ido reduciendo los costos en hardware, y esto ha permitido que hoy en dia se pueda encontrar DCS hasta en plantas pequeñas.

 

Principales Componentes de un Sistema de Control Distribuido


En la figura siguiente podemos apreciar los principales componentes de un sistema de control distribuido (DCS) tipico.

La INTERFAZ DE OPERACIÓN típicamente es un computador personal robusto (PC) con teclados estándar, mouse y monitores LCD. Además, las consolas de operación pueden incluir arreglos de pantallas (2, 3 ó 4 pantallas) a fin de visualizar de todo el proceso y facilitar la operación de las pantallas.

 

Las computadoras personales además, proveen la rapidez, suficiente memoria y capacidad de disco duro para proveer una eficiente plataforma para los requerimientos de las estaciones de ingeniería que son utilizadas para la configuración del sistema y diagnóstico. Por otro lado, la relación precio-performance de las PCs han sido la causa de que los principales proveedores de DCS las utilices para integrar los softwares de los sistemas de control. Sistemas operativos como Windows XP (para clientes) y  Windows 2003 Server (para servidores) son utilizados en la actualidad, aunque ya podemos hoy en día ver que los sistemas de control industrial soportan Windows 7 y Windows 2008 Server. Los tiempos del entrañable Unix o Linux en el ámbito industrial se han relegado a través de los años, y los principales fabricantes ya no lo soportan.

 

El equipamiento de operación sirve para monitorear las condiciones de proceso, manipular setpoints, recibir e enviar comandos, y generalmente están localizados en una Sala de Control Principal (Central Control Room). Desde aquí el operador puedes (1) visualizar la información que es enviada por los transmisores desde las áreas de proceso y (2) cambiar las condiciones de control desde un dispositivo de entrada. Las unidades de control están distribuidas a lo largo de las áreas de proceso, realizando dos funciones en cada localización: leer o medir las variables análogas y discretas (entradas) y generar las señales de salida para actuadores para cambiar las condiciones de proceso.

 

Las señales de entrada y salida pueden ser análogas o discretas. Entendiéndose que las señales debe transmitirse o comunicarse desde la sala central y las localizaciones remotas donde se encuentran los controladores. La ruta de comunicación puede ser punto a punto (sala de control-controlador) o mediante un bus de datos de alta velocidad que se interconecta con todos los controladores y la sala de control principal. En algunos casos esta comunicación puede ser una conexión wireless via radio, microondas o satélite, evidentemente en los casos que se necesite realizar control mediante estos enlaces se necesitará incluir algún tipo de redundancia a fin de minimizar la caída de los enlaces.

 

Para finalizar esta introducción a la arquitectura de un DCS, quiero llevar estos conceptos al DCS IA Series de Invensys Foxboro (y el ECS InFusion del mismo fabricante). En la figura siguiente se muestra la arquitectura más simple pero con los componentes principales de este DCS:

En el próximo artículo detallaremos los componentes funcionales de un DCS.

 

Quiero saber qué piensas. Vamos quiero que comentes, ahora!!!

 

 

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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