ContenidosIntroducción : Definición y un poco de Historia.

Arquitectura DCS: Conceptos y esquemas generales.

Estructura Física: Componentes principales, integrabilidad,interface y otros.

Software para DCS: Control Continuo y discreto, Controlavanzado , Control por lotes.

Definición DCSDCS, del inglés Distributed Control System.

Sistema de control en que los elementos de control no están ubicadoslocalmente , sino que se distribuyen en todo el sistema con cadacomponente o sub-sistema controlado por uno o más controladores. Todoslos componentes del sistema están conectados a través de redes decomunicación y monitoreo.

¿Donde encontrarlos?• Entre algunas industrias se mencionan:

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Redes de energía eléctrica y plantas de generación eléctrica.

Sistemas de control ambiental.Señales de tráfico.Procesos Mineros.Sistemas de tratamiento de aguas servidas.Plantas de refinación de aceite.Plantas químicas.Fabricación de productos farmacéuticos.Buques de compañía petrolera.

Características de un DCS

• Flexibilidad y Capacidad de expansión: Capacidad de elegir (etapa inicial) oaumentar (etapas posteriores) el número variables de entrada, salida y delnúmero de controladores debido a una amplia gama de aplicacionesexpansibles y clientes específicos.

Operaciones de Mantenimiento: Las configuraciones de control e interfaces de operador deben ser fáciles de mantener y modificar no solo por ingenieros profesionales.Apertura: las variables y parámetros de control son leídos y escritos desdeotras funciones de control.

Operatividad: Funciones avanzadas de control se deben mostrar en las mismas ventanas de operación y debe ser leída por los operadores sin dar ninguna confusión.

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Características de un DCS

• Portabilidad: Parte del algoritmo de control no depende del entorno dehardware y debe poder adaptarse a distintas tecnologías informáticas.

• Rentabilidad: Las ventajas de los algoritmos de control debe quedar claro.No sólo acerca de la controlabilidad, sino también acerca de las inversionesrealizadas, antes y después de la implementación del DCS.

• Robustez/Redundancia: La redundancia en sistemas de control apunta adisponer elementos/componentes adicionales que garantizan la operaciónde las funciones que cumplen dentro del sistema de control frente a fallasdel mismo.

Componentes Funcionales de un DCS

Estructura Física

Componentes de NivelSuperior• Ordenadores personales y/o HMI se utilizan para las estaciones de

mantenimiento e ingeniería y estaciones de aplicación quela configuración del sistema y de diagnóstico y para la

se utilizan paraintegración de

software de terceros en el sistema de control. Usan Sistemas operativoscomo Windows XP o propios(HMI)

• Servidores de trabajo, los cuales realizan el proceso de registro de variablesen tiempo real, proporcionan servicio cliente-servidor para hacer laconexión entre los ordenadores de trabajo de nivel superior con loscontroladores, y por último, servidores dedicados a proporcionar estabilidaddel sistema y concurrir ante cualquier evento a acciones de manera decorregir y mantener en marcha el proceso. Generalmente usan sistemasoperativos como Windows server.

• OBS: Redundantes y Uso de UPS(preferentemente en Servidores).

Componentes de NivelSuperior

• Siemens, SIMATIC PCS 7-CEMAT.

Componentes de NivelSuperior

• ABB, Industrial IT System 800xA 5.0.

Componentes de NivelSuperior

• Honeywell, Experion.

Componentes de NivelSuperior

• Emerson, DeltaV.

Componentes de NivelSuperior

• Sistemas Implementados:

Controladores y Tarjetas

• Generalmente se tendrá:

E/S

Fuente de Poder(Power Supply Module).

Controlador (Controller Module).Módulos de Entrada/ Salida (Input/Output Modules).Módulos de comunicación (Communication interface Modules).

Controladores y Tarjetas E/S

¿Donde encontrarlos?Generalmente se ubican dentro de Racks (Gabinetes) metálicos especificados según Normas como NEMA.Dentro de estos Racks es común encontrarse con los siguientescomponentes:

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Interruptores. (Circuit Breakers).

Supresores de transiente (transient voltage suppressor or TVS). Bloques Terminales (Terminal Blocks).UPS (Uninterruptible Power Supply).

Rail DIN (Din rail) y canaletas (Wireway).

Controladores y Tarjetas E/S

Power Supply Module• Provee de energía eléctrica a los módulos conectados a través del LocalBus.• Generalmente se presenta como un adaptador AC/DC (220 ó 110 [VAC]/ 24[VDC])

Power Supply Module

A modo de Ejemplo: Bulk Ac to 24 VDC Power Supply , DeltaV

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Controlador• Es el módulo principal de procesamiento, en este módulo se procesan

todos los algoritmos de control implementados y descargados en su memoria, además es el encargado de la lectura y escritura de variables de entrada y salida en los módulos conectados al localBus (Tarjetas E/S y módulos de comunicación). Estos sistemas están diseñados para permitir la modificación y creación de algoritmos de control en tiempo real.

• Así como también permite realizar respaldo de aplicaciones criticas entiempo real (Hot Backup).

Controlador

CEE y ACE Enviroment• Las tareas se ejecutan definiendo el tiempo de loops. A diferencia de los PLCque lo con tiempos relacionados a la extensión del programa.

• Permiten la ejecución de Tareas simultaneas.

• La ejecución permite llamar a subrutinas, Rutinas especiales en caso defallas y/o eventos predeterminados.

Controlador

• EJ: AC 800M Control And I/O

ControladorEjemplos: ABB: AC 800M Control And I/O.•

Controlador

Ejemplos: Emerson: DeltaV

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• “Electronic Marshalling”, en español, serialización electrónica, cada bloque determinales tiene un módulo de caracterización del canal único, o CHARM, lo quepermite el cableado de campo de cualquier tipo de señal en cualquier lugar(terminación).

ControladorEjemplos: Honeywell- C200 Controller•

Módulos E/SPermiten la comunicación con sensores y actuadores. Los módulos más comunes son:

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Entradas análogas aisladas (analog input isolated) 1-5 volt DC, 4-20mA.

Salidas análogas (analog output) 4-20mA.RTD aislados y entradas de termocuplas.Entradas Discretas (Discrete input) 24 VDC, 120/230 VAC. Salidas Discretas (Discrete output) 24 VDC, 120/230 VAC. Contador de pulsos de Entrada.Salidas de pulsos de tiempo variable.

Sensores y Actuadores.Finalmente dentro de los niveles jerárquicos en los DCS se encuentran los componentes de adquisición de medidas, sensores y transmisores, así como también actuadores. Entre ellos se pueden mencionar:Sensores:

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•• Sensores de Nivel, de temperatura, de pH, de Presión, de densidad, de flujo, entre

otros.

• Actuadores:

• Válvulas, Partidores suaves, Indicadores análogos, Variadores de frecuencia.

Módulos de Comunicación eintegración con Buses

• La adaptación a los estándares IEC1158-2 por la mayor parte de los fabricantes de DCS marcó el comienzo de la nueva generación de sistemas y productos de automatización de control. Basado en este estándar, las capacidades de los buses de cambo son integrados a los sistemas DCS para proveer:••

Reducir el cableado y los costos de instalación.

Proveer de un mayor flujo de información para permitir realizar ingeniería deautomatización, mantenimiento y funciones de apoyo.

Módulos de Comunicaciónintegración con Buses

Los Protocolos soportados en estos módulos pueden ser:

e

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Hart AI-Card and AO-Card.

DeviceNet (baund rate 125, 250,500 Kbit/sec).*FOUNDATION Fieldbus.AS-Interface.*Profibus DP Baud rate (9.6-19.2-93.75-187.5-500-1500 Kbit/sec).*Profibus PA.Serial Interface(Modbus or Allen Bradley’s Data Highway Plus Protocol).Otros (Ej: Nativos).

Módulos de Comunicación eintegración con Buses

Las redes de buses de campo están diseñadas para proporcionar comunicaciones bidireccionales entre los sensores "inteligentes" o elementos finales y un sistema de control.Un lenguaje descriptivo de dispositivos electrónicos (EDD) ha sido definido por

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•estándar IEC 61804 que permite al DCS utilizartecnologías y plataformas.

dispositivos basados en diferentes

Profibus DPModule

Integración con Buses Nativos

INTERBUS (Phoenix Contact GmbH & Co).

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• The master-slave system INTERBUS allows for a maximum of 512 devices to beconnected. The ring is automatically closed by the last device.

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Active ring

Master slave, fixed telegram length, deterministic ring; every remote bus device is a repeaterTransmission rate: 500 Kbit/sMax. 4096 I/O pointsLength of bus: 400 m (between two remote bus devices) total length 13 km

Integración con Buses Nativos

ModuleBus (ABB)

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Módulos de Comunicación eintegración con Wireless

Para algunas aplicaciones, tales como maquinaria de rotación, conseguir mediciones puede ser difícil. En otras aplicaciones, como monitoreo de equipos y procesos, tecnología inalámbrica proporciona una forma totalmente nueva de interactuar con el proceso.

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• Desventaja:

• Posibles desconexiones indeseadas debido a condiciones externas

Módulos de Comunicación e Interfacecon Subsistemas (MODBUS)

MODBUS es un método popular para mover los valores de datos entre sistemas. Se trata de un protocolo de mensajería en la capa de aplicación, que establece la comunicación cliente / servidor entre dispositivos conectados en diferentes tipos de buses o redes.

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Interface con otras aplicaciones(OPC Foundation).

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“OPC Foundation (Object Linking and Embedding for Process Control Foundation)”.

El estándar OPC fue creado a través de un esfuerzo de colaboración de los principales proveedores de automatización y Microsoft. La especificación define un conjunto estándar de objetos, interfaces y métodos que faciliten la interoperabilidad entre sistemas.

• En una arquitectura Cliente OPC/ Servidor OPC, el Servidor OPC es el esclavo mientrasque el Cliente OPC es el maestro. Las comunicaciones entre el Cliente OPC y elServidor OPC son bidireccionales, lo que significa que los Clientes pueden leer yescribir en los dispositivos a través del Servidor OPC.

Interface con otras aplicaciones(OPC Foundation).

• Aplicaciones tales como MATLAB ofrece compatibilidad con OPC. Usando OPC, unaaplicación puede acceder a datos en tiempo real, alarmas y eventos, además de datoshistóricos.

Acceso Remoto a DCS.

• Los sistemas modernos de DCS están diseñados para proporcionar el acceso de lainformación de toda la planta DCS en tiempo real. Para proporcionar una interfazabierta, esta capacidad se basa típicamente en las normas internacionales y laindustria. En la mayoría de los casos, estos consistirán en el uso de:

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Capa Física de Comunicación Ethernet.

Sistemas operativos modernos, como Microsoft. Net Framework, para proporcionar intercambio de datos XML y soporte para la prestación “Terminal Server”.OPC Foundation.Wi-Fi de acceso inalámbrico para acceso a datos de la operación. Tecnología de comunicación por microondas, Ej: SIC.Uso de las redes móviles GPRS y 3G. para envío de alertas y eventos.Uso de las redes de internet de alta velocidad con Conexiones dedicadas.

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AccesoRemotoa DCS.

S/E Ancoa, SIC, CHILE.

AntenaMicroondas

Software DCS: Control continuo y discreto.• Con la introducción de la norma IEC 61131-3 en los años 90’s, la mayoría de los

fabricantes comenzaron a ofrecer soporte general para implementación de controlgráfico. La IEC 61131-3 define cuatro lenguajes de control para su uso en el control deprocesos y automatización de las áreas de fabricación. Tres deen una representación gráfica del control.

Literales: Lista de instrucciones (IL). Texto estructurado (ST).Gráficos:

estas lenguas se basa

Diagrama de bloques funcionales (FBD).

Sequential Function ChartDiagrama de contactos (LD).

El manejo de Variables se realiza utilizando TAGs, estas etiquetas definen en formaprecisa la entrada o salida de un puerto de una tarjeta I/O ó define una variable interna.

Software DCS: Control continuo y discreto.Diagrama de bloques funcionales (FBD).

Permite representar mediante bloques reutilizables el control continuo y discreto.

Software DCS: Control continuo y discreto.Sequential Function Chart –

Apoya la definición de cálculo y control donde se realiza la evaluación lógica de una manera secuencial y puede seguir caminos diferentes en función de las condiciones de funcionamiento.

Software DCS: Control continuo y discreto.Ladder Diagram

Permite lógica discreta que se implementa como contactos, bobinas y bloques. Estas implementaciones se han utilizado principalmente para la aplicación del control discreto y dispositivo de seguridad asociados a aplicaciones tales como control de motores.

Software DCS: Control Avanzado.• Los recientes avances en el poder de procesamiento disponible dentro de un sistema

de control permiten la capacidad de incorporar control avanzado en el sistema decontrol. Estos controles integrados avanzados son:

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Autoajuste del lazo.

Control de Lógica Difusa.Modelos de control Multivariable (MIMO) predictivo.Redes neuronales.

Software DCS: Interface con Operador.• Las aplicaciones de interfaz con operador, que se pueden ejecutar en una o más

estaciones de trabajo del operador, reciben los datos de la aplicación de controlador através de la red de control y muestra estos datos al usuario del sistema.

Estas pantallas son generalmente preconfiguradas para mostrar, de maneras amigables, la información o los datos recibidos de los módulos de control o dispositivos dentro de la planta de proceso.

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Software DCS: Interface con Operador.

Software DCS: Interface con Operador.• Investigar diversos Software para DCS

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