La configuración y estrategias de control en DCS: recomendaciones y criterios de implementación

Los componentes (características) principales en la arquitectura de todo DCS son:

• La configuración del sistema
• Comunicaciones
• Control
• Alarmas y Eventos
• Diagnostico
• Redundancia
• Datos Históricos
• Seguridad
• Integración

Configuración del Sistema

Como en una computadora, debemos decirle a todo el equipamiento de un DCS que debe hacer. Programar las instrucciones del sistema de control generalmente es llamado Configuración. Hay muchos aspectos que involucran una configuración, la configuración física y de las estrategias de control. Estas dos actividades generalmente se realizan en paralelo y pensadas en conjunto con la ingeniería del proyecto DCS.

La configuración de la base de datos de control habilita a los usuarios para crear y modificar las estrategias de control y descargar estas estrategias en los controladores distribuidos, consolas (paneles) y dispositivos a través la red de control. Típicamente, las estrategias de control se construyen uniendo Functions Blocks o bloques simplemente, Gráficos funcionales de secuencias o Secuential Functional Charts (SFC), y representaciones de unidades de proceso y equipamiento, los cuales realizan funciones dentro del esquema de control leyendo en entradas y actualizando las salidas de otros bloques funcionales o en las mismos puntos I/O.

La configuración también permite diseñar, crear o modificar interfaces de operación, la cual son usadas por aplicaciones de visualización para mostrar datos de proceso a los operadores y habilitar a operadores cambiar puntos de seteo para el sistema de control del proceso. Cada controlador y, en algunos casos, dispositivos de campo guardan y ejecutan las aplicaciones de control. Los elementos que intervienen en la configuración básicamente se muestran en la siguiente figura.

Entorno de Configuración del DCS IA Series – InFusion de Invensys

Para aplicaciones de carácter mandatario y altamente criticas, un registro de cambios puede activar para hacer la configuración del sistema de control. Como un “seguimiento auditadle” se almacena todos los cambios y la hora y la fecha en que fueron hechos. En algunos casos también se permite deshacer cambios.

Configuración Física:

La configuración física refiere a la configuración de los nodos, tarjetas I/O y dispositivos. En muchos sistemas esta actividad es muy simplificada usando una opción de auto configuración “auto-sense”. La configuración física es parte de la configuración del sistema, como se muestra en la figura abajo.

Estrategias de Control o Lógica

Un sistema de control distribuido debe tener una nomenclatura definida para representar y referencias información. Idealmente, las referencias pueden ser hechas independientes de los dispositivos físicos que almacenan esta información. Una manera común de dividir la información de los sistemas de control es tomando en cuenta los números de  identificación o simplemente “tags” y los códigos de las áreas o unidades de la planta.

Acorde con el estándar S88 define el agrupamiento lógico de las mediciones, cálculos y control como módulos o paquetes. Por ejemplo, consideremos un modulo de un instrumento con tag 200FI102, esto quiere decir que representa a un indicador de flujo Nro 102 en el área 200 de la planta). Dentro de este modulo o estrategia los bloques de cálculo identificados como CALC1 se hacen usando entradas AI1 y AI2 y generando una salida como se muestra en la siguiente figura:

Siguiendo el tag de la estrategia o modulo y la nombres de los bloques funcionales, la salida del bloque de calculo es identificado como 200FI02/CALC1/OUT. En algunos casos llaman a esto la DIRECCION de la señal. Personalmente y según estándares de las mejores casas de ingenierías del mundo, cada bloque funcional tiene una nomenclatura corta y el código identificador del lazo o estrategia, para nuestro ejemplo CALC1 podría llamarse 200FI02CA.

Los sistemas de DCS soportan múltiples lenguajes para realizar estrategias de control. Los lenguajes incluyen diagramas de bloques funcionales, SFC (sequence funtion charts), Texto estructurado y también pueden incluir Diagramas Ladder y listas de instrucciones (como RPN). Algunos sistemas son compatibles con el estándar IEC 61131-3. En la mayoría de sistemas de control también se incluyen interlocks y permisivos. Algunos sistemas también soportan embeber funciones de control avanzado y de seguridad. Las estrategias de control pueden frecuentemente se mezcladas. Las estrategias también pueden referencias señales I/O tanto locales como remotas (de otros controladores).

Una importante característica de los sistemas DCS es su habilidad bajo ciertas condiciones realizar upgrades o actualizaciones en línea. En el caso de fallar, estos sistemas tienen la capacidad de mantener las salidas en su último valor, usar un valor por defecto, o cambiar el estado a uno conocido.

Una de las características que hace un sistema de control distribuido muy potente es su Librería de Funciones, la cual esta disponible y puede ser usada solo con referencialas. Esta disponibilidad simplifica muchas tareas de un ingeniero de control, si claro esta se esta familiarizado con determinado fabricante.

Lo que distingue a algunos fabricantes de DCS de la mayoría de fabricantes de PLCs (y también entre proveedores de DCS en si), es la cantidad o tamaño y calidad de los algoritmos de las librerías que viene embebidas y están disponibles con los paquetes básicos. Cuando estos paquetes vienen con algunas funciones de control avanzado, esto puede hacer toda la diferencia para determinar el poder de desición entre uno u otro.

Algunas de estas librerías importantes pueden ser para entradas analógicas, manejo de tiempo muerto, manejo de la banda muerta de control, filtros de setpoint, PID avanzados, caracterización de setpoint y variables de proceso para procesos no lineales, compensaciones dinámicas, control feedfordward, antireset windup (integral), self-tunning, algoritmos de optimización, estadísticas, fuzzy, redes neuronales, entre muchas otras.

La configuración de una estrategia de control usualmente hace uso de estas librerías con lógica pre-hecha. Esta lógica pre hecha y lista para cambiar parámetros puede ser enlazada (instanciarlas) a estrategias finales de control, para que el caso de que se realice algún cambio en la librería estos sean automáticamente propagados en cada ítem que provenga de esta.

Particularmente, cuando se define la ingeniería del proyecto se definen los “típicos” de las estrategias de control, de las cuales van a derivas las estregáis de control reales o finales. De manera tal de ahorrar espectacularmente el tiempo de desarrollo de la configuración y además del mantenimiento.

En los proximos articulos seguiremos hablando de los componentes faltantes como Alarmas y Eventos, Diagnostico, Redundancia, Datos Históricos, Seguridad, Integración.

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