Sistema de Control Distribuido (SCD)

En 1975, fue presentado por primera vez al público el sistema basado en microprocesadores, completamente digital. Este novedoso concepto de control agrupa en un solo conjunto de equipos electrónicos, todo lo necesario para manejar desde una consola en pantallas y teclados, en contraste con los grandes tableros de control, todo un proceso industrial. Este moderno sistema se dio a conocer como “Sistemas de Control

Distribuido” ya que el concepto básico en el que su fundamentó fue la distribución

geográfica de los controladores, que además de estar en un lugar más cercano físicamente al proceso, tendría la facilidad de enviar toda la información hasta el cuarto de control donde el operador de la planta tendría acceso a ella, de manera irrestricta.

2.2.2. ARQUITECTURA TÍPICA DEL DCS.

2.2.2.1. SISTEMAS DE CONTROL DISTRIBUIDO (ARQUITECTURA).

Hablando de manera general de los sistemas de control moderno que representan características de control avanzado, en el sentido de que sean capaces de manejar no solo los lazos de control con una ley de control especifica, sino de utilizar modelos matemáticos de los procesos, dando una ley de control no conocida o preestablecida, combinando funciones matemáticas y lógicas; con flexibilidad y maniobrabilidad, ya que todas éstas se generan en base a un programa o configuración, entonces se habla de los sistemas de control avanzados, los cuales pueden ser divididos la siguiente manera:

SISTEMAS AVANZADOS DE CONTROL DE PROCESOS

SISTEMAS DE SISTEMAS DE

CONTROL DISTRIBUIDO CONTROL CENTRALIZADO

55 Figura.17 Se puede apreciar que en el control distribuido las funciones de control residen en las unidades de control local, mientras que en los sistemas centralizados, estas residen en la unidad central, estando remotas solo en las entradas y salidas que se ubican en gabinetes locales, cuyos cables se llevan hasta la instrumentación de campo y, por medio de otros cables que contribuyen a la pista de datos, se envían al cuarto de control central.

2.2.2.2. ARQUITECTURA TÍPICAS DE CONTROL DISTRIBUIDO.

Actualmente existen sistemas en la industria del control que presentan diversas arquitecturas entre las que destacan tres:

 Arquitectura tipo lineal o Bus.

 Arquitectura tipo anillo.

 Arquitectura tipo mixto.

En forma funcional la Figura 16. Presenta los componentes principales de cualquier sistema de control de procesos avanzados o modernos, donde se puede observar que los dispositivos de entrada miden las condiciones del proceso. Estos dispositivos pueden ser analógicos tal como los transmisores de flujo, presión o analizadores, o pueden ser discretos como interruptores de la presión e interruptores de límite, las válvulas de control. Estos dispositivos alimentan sus señales vía módulos de entrada a las funciones de control. La función de estos módulos de entrada es acondicionar las señales para darles la forma que sea aceptable para los circuitos y dispositivos internos de un Sistema de Control Avanzado de Procesos (SCAP).

Los cuatro componentes principales son de un DCS son (figura 18):

 Modulo de comunicaciones de E/S.

 El Procesador.

 La Memoria.

56 Figura 18. Principales componentes de un SCD

La interfaz de operador, como su nombre indica proporciona los medios para que el operador observe la información que existe en el SCAP, en varias presentaciones, tal como gráficos, alarmas, y tendencias históricas de los registros del comportamiento del proceso.

Los módulos de salida realizan funciones inversas a los de entrada, ellos transforman las señales del SCAP hacia el proceso, para que los elementos finales de control manejen las variables manipuladas y ajusten las condiciones del proceso llevándolas al punto de ajuste deseado que determina el modulo de control del SCAP.

Como se vio en la Figura 17 los SCAP pueden dividirse en 2 grandes filosofías o categorías:

PROCESO

MODULOS DE

Dispositivos de

Entrada

Dispositivos de Salida

Analógicos y Discretos

Funciones de

control

Lógicos

PID

Interfaz con el

Operador

Pantalla/Teclado

MODULOS DE

57

 Control Distribuido

 Control Centralizado

En el primer caso los módulos de E/S y de control están contenidos en un gabinete localizado cerca del proceso que controla (a veces se usan cuartos satélites), que se enlazan vía una pista de datos a través del modulo de comunicaciones, mientras que la interface con el operador se encuentra en una cuarto de control remoto.

2.2.3. COMPONENTES DE HARDWARE (EQUIPOS). 2.2.3.1. EQUIPOS.

En los sistemas de control distribuido se requiere tener un tipo de equipos mínimo que no dependan de la arquitectura, sino de las funciones, y otro tipo que permita hacer la arquitectura deseada en el sistema.

En general, podemos establecer los siguientes equipos:  Procesador de datos.

 Módulos de Entrada Analógicas (EA).  Módulos de Entrada Digitales (ED).  Módulos de Salida Analógicas (SA).  Módulos de Salida Digitales (SD).  Redes de Comunicaciones.  Interfaz de Comunicación.  Fuentes de Poder.

 Módulos de Entrada de Bajo Nivel  Interface de Operador.

Además de los equipos antes mencionados, un sistema de Control Distribuido puede tener equipos y subsistemas de respaldo en redundancia, así como equipos y subsistemas para conectarse a otros sistemas superiores, que le permitan desarrollar funciones de optimización y control avanzado, y aun mas, tener una red de manejo administrativo gerencial donde la empresa, programando la producción y factibilidad de realización de lotes de producto, con pronóstico de costos, tiempos, financiamientos, utilidades y proyección de mercados nacionales e internacionales. Estos equipos se alzan vía sistema de cómputo con programas especializados. [4]

58 2.2.3.2. CARACTERÍSTICAS NECESARIAS PARA LOS EQUIPOS.

Los sistemas de Control Distribuido están integrados en equipos cuyos componentes se alojan en gabinetes que se construyen según las normas aplicables generalmente NEMA. Los que se instalan en el campo a la intemperie, deben ser NEMA 4X, que su ambiente G-X y que se construyen con materiales resistentes a la lluvia, corrosión, sol, etc., y que son gabinetes herméticos con un sistema de inyección de aire limpio para enfriamiento local.

Generalmente, los equipos de Control Distribuido tienen limitaciones ambientales que en general serian las siguientes:

 Temperatura Máxima: 50°C

 Humedad Relativa: 95% res. condensable

 Alimentación Eléctrica: 125 VAC. libre de ruido por lo que require acondicionamiento

 Respaldo en Falla de Energía: UPS con banco de baterías para un Tiempo específico típicamente 30min.  Libre de Vibración.

 Piso Falso: Tipo antiestético

 Sistema de Tierras: Separado con resistencias menor de 5Ω

 Sistema de Protección: Contra incendio, detección y extinción con CO2 preferentemente

 Entradas/Salidas: Compatibles con la instrumentación de

Campo, y sean transmisores o elementos de control que tengan polaridades compatibles en tipo y nivel de voltaje

 Equipos Auxiliares: Configuradores, Diagnosticadores de

fallas, PC´s y algunas interfazss para transmitir datos a otros equipos de marcas distintas y características eléctricas y protocolos diferentes

59  Puertos de Comunicación: Universales y particulares según sea el

caso (RS-232, 422, 485) puertos seriales, puertos paralelos también.

 E/S Digitales: Tipo estado sólido o tipo relevador

 E/S Analógicas: Alto Nivel 4-20mA dc (1-5 Vdc)

2.2.3.3. DESVENTAJAS DE UN SISTEMA DE CONTROL DISTRIBUIDO.

 Falla del Sistema. No es predecible ya que son sistemas basados en microprocesadores.

 La falla de los módulos de entrada, introducen señales falsas al sistema que lo llevan a responder en forma correspondiente.

 Los módulos de salida pueden fallar cortocircuitándose los equipos de estado sólido llevando a las salidas a un estado de energización permanente.

 Los subsistemas de control que se componen de tarjetas de CPU y memoria, a veces se ven afectados por interferencias electromagnéticas o electrostáticas, que pueden causar paros totales repentinos en el proceso.

 Cuando hay fallas de energía, se pueden tener acciones erráticas al entrar y funcionar el sistema de respaldo UPS, o al regresar la fuente principal de energía.

 Peligro de corto circuito con cables y posible interferencia electroestática con ellos. Estos problemas se deben diagnosticar.

 Los módulos de comunicación pueden fallar, causando una interrupción en la comunicación y el aislamiento de los componentes en el Sistema de Control. Se recomienda usar redundancia por vías distintas.

 Se recomienda no usar walkie-talkies en las cercanías de los Sistemas de Control Distribuido debido a que ocasionan interferencias.

2.3. SCADA (SUPERVISORY CONTROL AND DATA ACQUISITION)