Sistemas de Control Distribuido

 

UNIDAD ACADÉMICA DE

INGENIERÍA, INDUSTRIA Y CONSTRUCCIÓN UNIVERSIDAD UNIVERSID D

C TÓLIC TÓLI C DE CUENC C TÓLIC DE CUENC

Integrantes:  Jonathan Joao FloresCastro Castro Pablo Guamán   Jorge Tacuri  7mo Ciclo Cic lo “A”

 

SISTEMA DE CONTROL DISTRIBUIDO Introducción Los DCS (Distributed Control Systems) basados en micro mic ropro procesa cesador dores, es, surgie surgieron ron en la década de los 70, concebidos inicialmente como reemplazos funcionales para la instrumentación electrónica de panel.

 

SISTEMA DE CONTROL DISTRIBUIDO  Anteriormente, se utilizaban los pane pa nele less anal analóg ógic icos os para para re real aliz izar ar to toda dass la lass ta tare reas as de supe supervi rvisi sión ón remota de los procesos; las necesidades de utilizar los recursos disponibles más efi ficciente e inte in teli lige gent ntem emen ente te si sin n emba embarg rgo, o, fueron buscar lassprincipales istemas crazones apaces para de mejorar la competitividad de las empresas.

 

SISTEMA DE CONTROL DISTRIBUIDO Los DCS, gracias a su desarrollo dentro de compañías de fabricación de sistemas de control avanzados, se han hecho comercialmente viables para el mejoramiento de la exactitud, exact itud, operabilida operabilidad, d, habilidad habilidad computacional y lógica, estabilidad en la cali calibr brac ació ión, n, y faci facili lida dadd de modificación de sus estrategias de control.

 

 ¿DONDE ENCONTRARLOS?  Entre algunas industrias se mencionan: • • • • • • • •

  Redes de energía eléctrica eléctrica y plantas de generación eléctrica.   Sistemas de control ambiental.  Señales de tráfico.  Procesos Mineros.   Sistemas de tratamiento de aguas servidas. servidas.   Plantas de refinación de aceite.  Plantas químicas.   Fabricación de productos productos farmacéuticos.

 

EVOLUCIÓN DE LOS DCS Los Sist Los Sistem emas as de Cont Contro roll Dist Distri ribu buid idoo (DCS) han estado evolucionando desde mediados de los 80, de ser esencialmente reemplazos de paneles de control a redes totalmente integradas a las operaciones de planta. Este progreso ha sido impulsado en parte por la revolución en la tecnología de los microprocesadores y  el software y en parte por necesidades económicas.

 

COMPARACIÓN COMPARACIÓN ENTRE UN SISTEMA CENTRALIZADO Y DISTRIBUIDO Estos siste Estos sistemas mas ev evolu olucion cionar aron on rápida rápidamen mente, te, agrega agregand ndoo estaci estacione oness de trabaj trabajoo (workstations) basadas en vídeo y controladores compartidos, capaces de manejar co com mpl plej ejas as es estr trat ateg egia iass de funcionales cont contro roll re regu gula lato tori rio o y se secu cuen enci cial al,, totalizadores, cont conten enie iend ndoo informaciones de elementos como controladores PID, temporizadores, temporizador es, circuitos lógicos, dispositivos de cálculo, etc. Durante esos años, la industria de los computadores personales con la aparición del DOS como estándar dio lugar al desarrollo de paquetes de software cada vez de mayor calidad y menor costo que enriquecieron (y lo siguen haciendo hoy en día) las posibilidades de los DCS, incluyendo:

 

COMPARACIÓN ENTRE UN SISTEMA COMPARACIÓN CENTRALIZADO Y DISTRIBUIDO • • • • • • • • • •

  Manejo de base de datos datos relacional  Paquetes de hoja de cálculo   Capacidad de control control estadístico de procesos  Sistemas expertos   Simulación de procesos procesos por computadora   Diseño asistido por computador  Utilitarios de escritorio   Manejo de pantallas pantallas orientado al objeto   Estaciones de trabajo orientadas a Windows Windows (ventanas)   Intercambio de información información con otras plantas plantas

 

LOS OS DCS  ARQUITECTURA DE L Los DCS se están transformando en plataformas computacionales distribuidas con suficiente rendimiento para soportar aplicaciones en tiempo real de gran escala para direccionar aplicaciones de unidades pequeñas. pequeñas. Los estándares de sistemas abiertos están permitiendo a los DCS recibir información de diversos conjuntos de plataformas computacionales similarmente to compatibles, incluyendo negocios, información de laboratorio, mantenimien mantenimiento y otros sistemas de planta, así como dar información a estos sistemas para apoyo de múltiples aplicaciones.

 

TOPOLOGIAS EN REDES DE CON DCS CONTROL CON En los DCS de hoy en día podemos encontrar diferentes topologías (arreglos de switches y sus conexiones), y de esta manera proveer mayor confiabilidad, seguridad y robustez en la red de control. De manera general podemos encontrar las siguientes topologías:  Lineal  Anillo   Estrella  Árbol Invertido  Árbol Invertido Modificado • • • • •

 

TOPOLOGÍA LINEAL La confi configu gura raci ción ón line lineal al es idea ideall para redes pequeñas (dos switches) como co mo pode podemo moss ver en la figu figura ra sigu siguie ient nte. e. En es este te ejem ejempl ploo si un componente en la red falla, esto no afectará la operación debido a que se tiene un switch redundante. En esta es ta conf cousar nfig igur urac ació ión, n, switches tamb tambié ién n con se pueden también chasis de cientos de puertos para un sistema de control amplio.

 

TOPOLOGÍA ANILLO Esta to Esta topo polo logí gíaa es re reco come mend ndad adaa para para switches entre tres y siete switches (esto depende del fabricante del DCS y las especificaciones de los switches). Cada switch tieneEn doselconexiones adyacentes a switches. caso de que falle un switch, el anillo se rompe y la red asume características de una topología lineal. En la imagen siguiente, podemos ver una red de control compuesta por seis switches administrables en configuración anillo.

 

TOPOLOGÍA ESTRELLA La configuración estrella es la topología adecuada para redes medianas y  grandes, además de ser la mas usada. En una confi figguración estrella, cada switchEDGE  que esta en la periferia de la red (es decir se conecta a un dispositivo Terminal) tiene conexiones a cada uno de los dos switches ROOT o princi pri ncipal pales. es. Los switc switches hes   ROOT   son conectados uno del otro y a cada switch EDGE.

 

TOPOLOGÍA ÁRBOL INVERTIDO Es adecuada para redes muy grandes con restricciones físicas específicas. En es esta ta conf config igur urac ació ión n los los sw swit itcches hes con con dispuest dispu estos os en   “gradas”   o   “niveles”   o “tiers”,   con los switches principales o

ROOT en el nivel más alto y hasta 3 nive nivele less deba debajo jo de el ello los. s. Los Los swit switch ches es principales tienes conexiones

re redu dund ndan ante tess entr entree el ello los, s, y los los otr otros switches tienen cada uno una conexión a dos de los switches de un nivel superior

 

TOPOLOGÍA ÁRBOL INVERTIDO MODIFICADO

La

confi figguración

árbo rbol

invertid rtidoo

modificado es adecuado para redes de control seguras demasiado grandes con limita tacciones físicas especifi ficcas, permit per mitien iendo do además además inclui incluirr switch switches es Sta tan ndard de (las EDespecificaciones GE), aun qutécnicas e esto depende del fabricante y los switches.

 

CONFIGU CONFIGURACIÓN RACIÓN Y ESTRA ESTRATEGIAS TEGIAS DE CONTROL EN DCS Los componentes (características) principales en la arquitectura arquitectura de todo DCS son: • • • • • • • • •

  Comunicaciones La configuración del sistema  Control   Alarmas y Eventos 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 proyecto DCS. La configuración derateg base habilita a los para modif od ific icar ar la lass est str atlaegia iass de de datos con control trde olcontrol y desc descar arggar es esta tass usuarios es estr trat ateg egia ias s ecrear n los loy s controladores distribuidos, consolas (paneles) y dispositivos a través la red de control.

 

CONFIGURACIÓN DEL SISTEMA Las estrategias de control se construyen uniendo Functions Blocks, Gráficos fu func ncio iona nale less de se secu cuen enci cias as,, y repr repres esen enta taci cion ones es de unid unidad ades es de proc proces esoo y  eq equip uipami amien ento, to, los cuales cua les reali realizan zan las funcio funsalidas cione ness de dentr den troo del esquem esquema a de contro conotrol leyendo en entradas y actualizando otros bloques funcionales enl las mismos puntos I/O. La conf config igur uraci ación ón tambi también én perm permit itee dise diseña ñarr, cr crea earr o modi modific ficar ar inte interfa rface cess de operación, cualoperadores son usadasy por aplicaciones de visualización para mostrar de proceso la a los habilitar a operadores cambiar puntos de seteodatos para el sistema de control del proceso.

 

CONFIGURACIÓN FÍSICA

La configuración física refiere a la esta configuración demuy los nodos, tarjetasusando I/O y  dispositivos. En muchos sistemas actividad es simplificada una opción de auto configuración  “ auto-sense”. La configuración física es parte de la configuración del sistema.

 

ESTRATEGIAS DE CONTROL O LÓGICA Un sistema de control distribuido debe tener una nomenclatura definida para representar y referenciar información. Idealmente, las referencias pueden ser hechas hec has inde indepe pend ndie ient ntes es de lo loss di disp spos osit itiv ivos os físi físico coss que al alma mace cena nan n es esta ta información. Una manera común de dividir la información de los sistemas de control es tomando toma ndo en cuenta los números números de identificac identificación ión o simplemente simplemente “tags” y los códigos de las áreas o unidades de la planta.

 

INSTALACIÓN DE UN SISTEMA DCS La instalación de un sistema DCS es de mucha importancia para el personal de segu seguri rida dadd y la conf confia iabi bili lida dadd del del si sist stem ema. a. Los Los paso pasoss inv involuc olucra rado doss en la instalación de un sistema de control distribuido incluyen: •

 Energía y aterramiento (Power and Grounding)  Armado del Sistema

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 Calefacción, Ventilación y aire a condicionado (HVAC)

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  Cableado de campo campo y revisión   Instalación de Buses o red de datos datos

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ENERGÍA Y PUESTA PUESTA A TIERRA DE LOS DCS Si un proceso es crítico para la operación de la planta y se desea minimizar las int interru erruppci cion onees, se debe deberí rían an incl inclui uirr fue fuente ntes de energ nergía ía se secu cun ndari dariaas independientes independie ntes en el diseño de la planta. Los efectos del ruidopuesta eléctrico puede ser minimizados fuentes de energía AC aisladas, a tierra en puntos concretos, utilizando lo que minimizaría la influencia negativa en el cableado de señales ante campos eléctricos, además de la se sele lecc cció ión n de cabl cablea eado do adec adecua uado do y sus sus rutas rutas,, incl incluy uyen endo do una una adec adecua uada da separación. Una puesta a tierra correcta es importante para la seguridad del usuario y la operación eficiente de nuestro sistema de control.

 

ENERGÍA Y PUESTA PUESTA A TIERRA DE LOS DCS Durant Dura ntee la insta instala laci ción ón,, debe debemo moss revisar o supervisar la calidad de la energía y la puesta a tierra del sistema de control. Para ara es estto debe debemo moss verifi rifica carr los niveles de voltaje, carga diseñada en el transformador, y niveles de ruido. Lograr voltaje CEROesreferencia con la un línea de tierra esencial para confirmar un adecuado aterramiento.

 

GRACIAS POR SU ATENCIÓN