Resumen Redes Industriales

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  • 5/26/2018 Resumen Redes Industriales

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    Comunicacin Digital y el Protocolo HART: comenzando con las redes

    En la comunicacin digital, como hemos visto, es importante determinar tanto el medio fsico a travs del cual seestablece la comunicacin, como las caractersticas de la informacin misma.

    En este punto es importante indicar que los equipos de instrumentacin digitales difieren en el tipo de protocolo queutilizan para comunicarse, siendo necesario, revisar las caractersticas de los mismos.

    El protocolo es un conjunto de reglas y convenciones que permiten establecer una comunicacin fiable entre dosentidades de un proceso.

    .. Y que ventajas tiene la COMUNICACIN DIGITAL

    Los enlaces de comunicacin digital se componen de dos niveles bsicos: el enlace fsico o el medio de conexinentre los mdulos de sistemas digitales y el protocolo. El medio puede ser un cable coaxial, una seal de radio, uncable de fibra ptica, un conjunto de mdems en una lnea telefnica, un enlace a satlite, un cable de 25conductores desde el sistema digital a un mdem o una combinacin de estos medios.

    Algunos enlaces fsicos son diseados estrictamente para la conexin de solamente dos dispositivos como lasinterfaces RS-232 y RS-422. Algunas son diseadas para ser usadas con mltiples dispositivos, que se comunican a

    travs de un nico enlace fsico (como en una red de rea local o LAN), tal como la interfaz RS-485.

    Cuando existen dos o ms mdulos de sistemas digitales interconectados en un nico circuito de comunicaciones ored, stos deben ser capaces soportar un protocolo de red; estos protocolos usan diferentes mecanismos paraasegurar una comunicacin confiable y robusta. Muchos de ellos son propietarios es decir, para su empleo solo enuna determinada marca de equipo, requiriendo drivers o interfaces especiales de software y a menudo tambin dehardware.

    Ejemplos de estos protocolos son aquellos usados en la comunicacin con PLCs, como Data Highway+ de Alien-Bradley o Modbus+ de Modicon.

    Existe en este momento una tendencia creciente a una conectividad entre equipos de fabricantes distintos a travs de

    versiones estandarizadas de sofisticados protocolos de redes industriales, las razones principales para esto son:

    - Sistemas Abiertos:Es difcil y costoso integrar sistemas con instrumentacin de diferentes fabricantes debido a iosdiferentes protocolos empleados. Con protocolos estndar, dispositivos de diversa procedencia pueden coexistir en lamisma red y comunicarse entre s.

    - Reduccin en el costo de cableado: Muchos sistemas todava emplean os 4 a 20 mA de la instrumentacinanalgica, requiriendo mucho cableado de punto a punto. El cableado para un sistema muitidrop significa unareduccin en los costos de instalacin.

    - Necesidades de mayor informacin:En la actualidad, las empresas requieren tener mayor informacin sobre susprocesos y sobre la instrumentacin conectada a los mismos. La instrumentacin tradicional provee solo un valor, e!de la variable de proceso. En una red digital, os instrumentos pueden proveer informacin de mantenimiento y

    diagnstico para conocer mejor el rendimiento de los instrumentos.

    - Dispositivos inteligentes: Los fabricantes de equipos estn poniendo cada vez ms inteligencia en susdispositivos para satisfacer la creciente demanda de funcionalidad a bajo costo. La mayor informacin disponible enuna red digital es necesaria para capitalizar las mejoras en las capacidades hechas posibles por la presencia deinteligencia en los dispositivos.

    La informacin digital suministrada por un transmisor inteligente es transmitida de acuerdo a un protocolodeterminado, el cual determina la forma en que es codificada y super-impuesta a la lnea de la seal. Como sucedeen el caso de sistemas propietarios, cada fabricante tiene su propio protocolo. Uno de los ms utilizados es elprotocolo HART (Highway Addressable Remote Transmitter), cuya seal de informacin est contenida en unaseal digital FSK superimpuesta a una analgica de 4 a 20 mA.

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    Figura: Seal HART

    Veamos que es el PROTOCOLO HART...

    Fuera de su avance como un estndar de-facto, este protocolo todava tiene un trecho por recorrer antes deladvenimiento de un mercado abierto. En efecto todos los dispositivos interconectables son totalmente compatibles,intercambiables y operables con un solo terminal programados. La razn para esto es su capa de aplicacin. El set

    de comandos de HART tiene tres clases de comandos:

    Comandos universales que son entendidos por todos los dispositivos de campo.

    Comandos de prctica comn que son reconocidos por la mayora aunque no necesariamente todos ios dispositivosde campo.

    Comandos especficos que son nicos para cada dispositivo.

    Para que opere un transmisor, todos los comandos requeridos para una aplicacin particular, deben serimplementados en la computadora principal y en el programador universal de campo. Para satisfacer esterequerimiento, es necesario que se entregue una descripcin en diskette del dispositivo, juntamente con el

    transmisor, para ser leda y mantenida por la computadora. El terminal porttil puede entonces ser alimentado por lainformacin requerida por la aplicacin que est corriendo. Esta descripcin es conocida como DDs (DeviceDescriptions) y cada fabricante tiene una descripcin para cada instrumento y no puede ser compartida para otroinstrumento de diferente marca. Un muy buen HandHeld hart es el475 FIELD COMMUNICATOR de Emerson.

    En teora esto parece una buena solucin, pero en la prctica, an en dispositivos simples la mayora de loscomandos usados son especficos por dispositivo. Esto significa que ellos no pueden ser apropiadamente operadoscon las descripciones de dispositivo de otro transmisor. Por lo tanto, para aplicaciones en sistemas conformados pordispositivos de diversos fabricantes, se debe tender a la estandarizacin con una interfaz comn de usuario para laconfiguracin e interrogacin de transmisores. Por esto, HART no se considera como una solucin a las necesidadesde sistemas abiertos y tan slo un protocolo de transicin hacia ese objetivo.

    A continuacin se tiene un resumen de las caractersticas del protocolo HART:

    http://www2.emersonprocess.com/en-US/brands/Field-Communicator/Pages/475FieldCommunicator.aspxhttp://www2.emersonprocess.com/en-US/brands/Field-Communicator/Pages/475FieldCommunicator.aspxhttp://www2.emersonprocess.com/en-US/brands/Field-Communicator/Pages/475FieldCommunicator.aspxhttp://www2.emersonprocess.com/en-US/brands/Field-Communicator/Pages/475FieldCommunicator.aspx
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    Redes AS-i: ACTUATOR SENSOR INTERFACE

    En muchas mquinas de procedencia europea, principalmente, hemos visto que hay un cable amarillode perfil muy particular que recorre toda la mquina y al cual se conectan los diversos sensores inductivos ofotoelctricos del sistema de control, actuadores, etc.

    Pero... qu tiene de especial esta peculiar configuracin?

    La Interfaz Actuador-Sensor (AS Interface), con su caracterstico cable amarillo, es una de las soluciones enredes ms innovadoras en la moderna tecnologa de la automatizacin.

    La AS Interface fue desarrollada en 1990 como una alternativa de bajo costo al cableado tpico deactuadores y sensores a dispositvios I/O (cableado ramificado) y ha demostrado ser extremadamenteconfiable despus de varios aos de uso en numerosos sectores de la industria.

    La idea original fue colocar en red simples sensores y actuadores binarios con un cable simple que sea capazde transmitir informacin y energa (alimentacin) al mismo tiempo.

    Es as, que AS Interface permite que sensores y actuadores puedan ser unidos y configurados a travs de unared.

    El espectro para transmisin en la red o como energa auxiliar se ha extendido. Los diferentes perfilessoportan simples intercambios de informacin entre productos de diferentes fabricantes.

    Muy buena idea,, pero... a qu nivel de la pirmide de automatizacin se encuentra AS-Interface?

    CARACTERSTICAS TCNICAS

    Norma: AS-Interfaz segn IEC TG 178.

    Mtodo de acceso:Maestro-esclavo.

    ndice de transmisin:167 Kbps.

    Medio ele transmisin:Dos hilos sin pantalla.

    Mximo nmero estaciones:62 esclavos.

    Amplitud de la red: 100 m, extendible con repetidores hasta 500 m.

    Topologa:Bus, rbol, estrella.

    Protocolo:AS-Interface.

    Aplicaciones:Actuadores y sensores.

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    Datos y energa en un mismo cable?

    AS Intetface utiliza un cable plano de dos hilos (2x1,5 mm2) sin pantalla para transmitir datos y energa.Hasta un mximo de 8 A pueden ser transmitidos a travs del cable amarillo.

    La mxima longitud de cable es 100 m pero puede ser extendida utilizando repetidores.

    Cmo se conectan los sensores al cable?

    La estructura del cable permite una nica y muy simple tcnica de instalacin; cuchillas de contactopenetran el material de aislamiento, no son necesarios cables de empalme ni aislamiento adicional.

    Estructura o topologa rbol

    Prcticamente cualquier topologa es posible, particularmente la ms flexible de todas ellas es la estructurarbol. Cada esclavo puede ser conectado en su punto ptimo y las conexiones de una nueva lnea pueden serrealizadas tambin en cualquier lugar.

    Cmo se ve una red AS-I?

    ... algo ms?

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    Conexin sencilla de esclavos analgicos, AS Interface Versin 2.1 ha sido optimizada para dispositivosbinarios y analgicos en el . nivel ms bajo de automatizacin. La transmisin de seales analgicas es tansimple como la transmisin de seales binarias.

    Toda la informacin es reconocida e intercambiada automticamente. No hay necesidad de una

    configuracin mediante programa.

    Diagnstico ms detallado, adicionalmnte a la comunicacin de errores, AS Interface Versin 2.1 puedetambin reconocer errores de periferia como: cortocircuitos, sobrecarga o ausencia de voltaje auxiliar. Puedetambin localizar estos errores exactamente.

    BENEFICIOS

    AS Interface tiene muchas ventajas comparada con las soluciones tradicionales:

    - No son necesarias tarjetas o mdulos de entrada/salida.

    - Simple y fcil configuracin e instalacin de la red. . .

    - Menos cables, menores dimensiones de los tableros de control, menor cantidad de bandejas, canaletas ycajas de paso,

    - Comparativamente menor trabajo de planeamiento necesitado.

    - Documentacin simple.

    - Fcil adicin de periferia comparado con sistemas ms complejos.

    - Fcil verificacin de la instalacin.

    - Rpida puesta en marcha.

    - Alta confiabilidad por el diagnstico continuo de los sensores y actuadores conectados.

    - Disminucin de los tiempos de parada.

    Utilizar AS Interface implica un ahorro potencial de hasta 40%

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    La Red DeviceNet: interconectando dispositivos de control para elintercambio de datos

    DeviceNet es una red de control inteligente de bajo costo que conecta una amplia gama de dispositivosinteligentes como sensores, vlvulas, lectores de cdigo de barras, actuadores, variadores de frecuencia,PCs, controladores lgicos programables, etc.

    DeviceNet permite que los dispositivos industriales puedan ser fcilmente interconectados en una red y sermanejados remotamente.

    Por tratarse de una. red estndar, DeviceNet es ideal para aplicaciones que se benefician de una estrechaintegracin entre dispositivos.

    Especificaciones Tcnicas

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    Arquitectura del Protocolo DeviceNet

    La Red

    DeviceNet incorpora una red conexin-basada. Una conexin se debe establecer inicialmente por un UCMM(gestor de mensaje no relacionado) o un puerto no relacionado del grupo 2. De all, los mensajes explcitos eimplcitos pueden ser enviados y ser recibidos. Los mensajes explcitos son paquetes de los datos que elgeneral requiere una respuesta de otro dispositivo. Los mensajes tpicos son coleccin sensible de lasconfiguraciones o de datos del no-tiempo. Los mensajes implcitos son paquetes de los datos que son tiempocrtico y comunican generalmente datos en tiempo real sobre la red. Una conexin explcita del mensaje

    tiene que ser utilizada a establecido primero antes de que se haga una conexin implcita del mensaje. Unavez que se haga la conexin, el identificador de la PODER encamina datos al nodo correspondiente.

    Ejemplo de una red DeviceNet

    Y las Ventajas

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    - Norma abierta que garantiza la interoperatividad de diversos dispositivos: intercambiabilidad dedispositivos similares de diferentes fabricantes.

    - Rpida y fcil instalacin resultando en un ahorro de tiempo y espacio: se elimina el conexionado elctricoestndar.

    - Lista para el futuro, para fciles adiciones de acuerdo al aumento de necesidades y cambios.

    - Tiempo de reposicin mejorado a travs de la inteligencia dentro de los dispositivos: DeviceNet alertasobre los eventos de la red permitiendo un accionar rpido.

    - Eficiente uso del ancho de banda a travs de la comunicacin productor/consumidor.

    - Configuracin en lnea y adiciones sin necesidad de desconectar el sistema.

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    Foundation Fieldbus: ahora el control se hace dentro de losinstrumentos

    Qu Es "Foundation Fieldbus"?

    Es un sistema de comunicacin serial bidireccional completamente digital que trabaja a una velocidad de31,25 kbits/s que interconecta dispositivos de campo como sensores, actuadores y controladores.

    Fieldbus es una red de rea local (LAN) de instrumentos usados en automatizacin de procesos ymanufactura con la capacidad de distribuir las aplicaciones de control a travs de la red.

    Este bus de campo retiene las caractersticas del sistema analgico 4 a 20 mA tales como:

    Interfaz fsica normalizada de dos hilos.

    Dispositivos alimentados a travs del bus.

    Operacin intrnsicamente segura.

    Adicionalmente Foundation Fieldbus permite:

    Mayor capacidad debido a la comunicacin completamente digital.

    Reduccin del costo de cableado y terminaciones debido a la conexin de los dispostivos a un nico

    bus.

    Seleccin de proveedores de equipos debido a la interoperabiliclad.

    Reduccin de la cantidad de equipos en la sala de control debido a la capacidad de distribuir ciertastareas de regulacin y de I/O en los dispositivos de la red.

    Conexin a Ethernet de alta velocidad en sistemas ms grandes.

    BENEFICIOS DE FIELDBUS

    Mayor disponibilidad de la informacin

    Fieldbus permite que mltiples variables de un dispositivo puedan ser llevadas al sistema de control para serarchivadas, anlisis de tendencias, estudios de optimizacin del proceso y generacin de reportes.

    Las caractersticas de alta resolucin y libre de errores de la comunicacin digital permite mejorar lacapacidad de control.

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    Visin expandida del proceso

    Las capacidades de autodiagnstico y comunicacin de los dispositivos de campo basados en

    microprocesador ayudan a reducir los tiempos de parada y mejorar la seguridad de la planta.

    Ante la deteccin de condiciones anormales o necesidad de mantenimiento preventivo, personal deoperaciones y mantenimiento pueden ser notificados. Esto permite iniciar las acciones correctivas de unamanera rpida y segura.

    Diagnstico de una vlvula mediante Foundation FieldBus

    Reduccin de la cantidad de equipos

    Foundation fieldbus utiliza "Bloques de Funciones" para implementar la estrategia de control. Estos bloques

    son funciones de automatizacin normalizadas. Muchas funciones del sistema de control como entradaanalgica (AI), salida analgica (AO) y control Proporcional / Integral / Derivativo (PID) pueden serejecutados por el propio dispositivo de campo.

    La distribucin del control.en los dispositivos de campo reduce la cantidad de equipos de entrada/salida ycontrol necesitados, incluyendo gabinetes y fuentes de alimentacin.

    Reduccin del cableado

    Fieldbs permite que muchos dispositivos se conecten a un nico par de hilos. Esto resulta en un menorcableado, menor cantidad de barreras intrnsecas y gabinetes.

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    ALGUNAS CARACTERSTICAS TCNICAS DE LA CAPA FSICA DE "FOUNDATIONFIELDBUS"

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    PROFIBUS: lder en redes multi-funcionales a nivel clula y campo

    A nivel de campo los perifricos distribuidos, como mdulos I/O, transductores de medicin, variadores develocidad, servo actuadores, vlvulas y terminales de operacin se comunican con los sistemas de-automatizacin a travs de un sistema eficiente de comunicacin en tiempo real.

    La transmisin de la informacin del proceso es efectuada cclicamente, mientras las alarmas, parmetros einformacin de diagnstico tambin tienen que ser transmitidas acclicamente en caso de ser necesarias.

    PROFIBUS cumple con transparente para la manufactura lo estos requerimientos y ofrece una solucinmismo que para procesos de automatizacin.

    PROFIBUS es un bus estndar de campo abierto e independiente del vendedor para un amplio rango de

    aplicaciones en manufactura y automatizacin de procesos

    PROFIBUS permite la comunicacin entre dispositivos de diferentes fabricantes sin la necesidad de unainterfaz especial.

    PROFIBUS puede ser usado tanto en aplicaciones de tiempo crtico y alta velocidad como en tareascomplejas de comunicacin.

    ... Entonces... A qu nivel est PROFIBUS?

    Nos damos cuenta?... vamos subiendo en la pirmide de automatizacin!

    ... pero hay algo mas!...

    PROFIBUS ofrece diferentes perfiles del protocolo dependiendo de la aplicacin:

    - PROFIBUS DP (Periferia Distribuida): comunicacin de alta velocidad para transferencia de poca

    informacin. Permite la conexin de dispositivos de campo, accionamientos paneles de operador, PLCs yPCs.

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    - PROFIBUS PA (Automatizacin de Procesos): comunicacin en la industria de procesos. Alimentaciny datos a travs del mismo cable. Puede ser utilizado en aplicaciones en atmsferas potencialmenteexplosivas (EExi-proteccin intrnseca).

    - PROFIBUS FMS (Fieldbus Message Specification): utilizada a nivel de clula en tareas complejas decomunicacin. Sin embargo, el uso de TCP/IP en este nivel har que disminuya su significancia en el futuro.

    CARACTERSTICAS TCNICAS

    Norma PROFIBUS, EN 50 170.Mtodo de acceso

    Hbrido: paso de testigo con

    Indice de transmisin9,6 kbps a 12 Mbps.

    Medio de transmisin

    Elctrica: par trenzado

    Mximo nmeroestaciones 127.

    Amplitud de la red

    Elctrica: mx. 9,6 Km (depende

    Topologa Bus, anillo, estrella, rbol.

    Mtodo de acceso hbrido ?

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    Paso de testigo, comunicacin entre estaciones complejas, van habilitndose cclicamente unas tras otras laposibilidad de recibir o enviar informacin. Maestro/esclavo, comunicacin entre dispositivos simples ycomplejos, el maestro administra quin enva o recibe en un determinado momento.

    BENEFICIOS

    - Es uno de los lderes en el mercado de los buses decampo:usado en todo el mundo. Soportado por importantes fabricantes de dispositivos.

    - Transmisin de datos confiable.

    - Flexible y optimizado: sistema con diversas interfaces para diferentes requerimientos. Diferentestopologas para cubrir grandes extensiones.

    - Red abierta normalizada.

    ... algo ms?

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    Que es en SI Industrial Ethernet? la explicacin real

    Ethernet?... Esa palabra nos suena conocida

    La conexin en red de millones de PC's en oficinas y la proliferacin del Internet alrededor del mundo hahecho de Ethernet una norma universal en las redes.

    Los dispositivos utilizados en Ethernet as como el software asociado han evolucionado hasta el punto queincluso los usuarios inexperimentados pueden configurar redes y conectar computadoras entre s.

    Los dispositivos Ethernet son relativamente baratos y pueden ser comprados en cualquier tienda de equipospara oficina, tiendas de computadoras y a travs de Internet.

    En contraste con la percepcin que los buses de campo son costosos, difciles de usar y que hay variosdisputndose el dominio del mercado, Ethernet aparece como la panacea.

    Adems, un estudio realizado por uno de los grandes de la industria automovilstica mostr que Ethernetpuede potencialmente ser til en el 100% de la automatizacin utilizando redes a nivel de campo.

    Entonces: QU ES INDUSTRIAL ETHERNET?

    Industrial Ethernet es una red estndar basada en la norma IEEE802.3 especialmente diseada paralaindustria: equipos robustos e instalaciones inmunes al ruido.

    Diseada para trabajar a nivel de clula, pero con una enorme potencialidad para entrar al nivel de los busesde campo utilizando protocolos normalizados como ISO y TCP/IP.

    ... sin embargo... Industrial Ethernet no garantiza interoperabilidad

    Ethernet es solamente una norma para la capa fsica, muy similar a RS-232, de la misma manera que lo esuna lnea telefnica. Tener una conexin fsica significa que los mensajes pueden ser transmitidos, pero nose garantiza que la comunicacin (intercambio de informacin) sea exitosa. Solamente porque pueda haceruna llamada en Shangai no significa que pueda hablar Mandarn.

    ... an hay ms... TCP/IP tampoco garantiza interoperabilidad

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    Integracion de una red de PLCs a travez de Industrial Ethernet Network.

    Hay muchos protocolos de transmisin que pueden ser utilizados sobre Ethernet, el ms popular y utilizadoen World Wide Web, es TCP/IP, que significa Protocolo de Control de Transmisin/Protocolo Internet.

    Cuando uno descarga un archivo de la red, puede verse cmo la velocidad de transmisin disminuyeconforme aumenta el trfico. TCP/IP es el mecanismo que parte el archivo a descargar en paquetes de bits ylo reconstruye en el otro extremo.

    TCP/IP fue desarrollado con el objetivo de garantizar que los mensajes siempre lleguen a su destino. Parallevar el ejemplo de la Web un poco mas all, todos hemos experimentado que despus de descargar unextenso archivo descubrimos que en nuestra PC no tenemos la aplicacin asociada para abrirlo. As queterminamos descargando tambin un RealAudio o un Winamp o Adobe Acrobat Reader de modo que

    podamos abrir el archivo.

    Exactamente el mismo problema se aplica a los controles industriales.

    Uno puede enviar un archivo o parte de la informacin que desea a travs de Ehternet o Internet, pero elterminal receptor debe saber qu hacer con la informacin. TCP/IP no te garantiza que puedas abrir elarchivo, solamente te garantiza que llegue a su destino.

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    CARACTERSTICAS TCNICAS

    Norma IEEE802.3Mtodo de acceso

    CSMA/ CD (Estocstico).ndice de transmisin

    10 a 100 Mbps.

    Medio de transmisinElctrica: par trenzado apantallado o coaxial.

    Mximo nmero estaciones1 024, ampliable con enrutadores (Routers).

    Amplitud de la red Elctrica: mx. 1,5 Km.

    ptica: ms de 50 Km.

    LAN: hasta 150 Km con tecnologa de

    Topologa

    Bus, anillo, anillo redundante, estrella, rbol.

    BENEFICIOS

    - Ethernet es una norma internacional aceptada prcticamente en todo el mundo.

    - Puede manejar gran cantidad de informacin a alta velocidad.

    - Sirve a las necesidades de grandes instalaciones.

    - Transmisin de datos confiable incluso en ambientes con gran interferencia.

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    Redes ControlNet y MODBUS PLUS y resumen de redes

    ControlNet?... Qu es eso?

    ControlNet es una red de alta velocidad en tiempo real tanto para transmitir datos de I/O en un tiempo crticocomo para transmitir mensajes. Incluye acciones de carga/descarga de programas, configuracin de datos ymensajes punto a punto (peer-to-peer), en un solo medio fsico. La velocidad de transmisin de ControlNet

    es de 5 Mbits/s tanto para el control como datos.

    ControlNet permite mltiples consoladores para el control de I/O utilizando el mismo cable. Esta redpermite una ventaja sobre otras redes, que consiste en permitir un solo mster en una sola red, permitiendotambin multicast tanto para las entradas como para los datos punto a punto (peer-to-peer), de esta formareduce el trfico en la red incrementando el rendimiento del sistema.

    ControlNet es una red determinista y cclica. Determinista por la capacidad de predecir cundo los datos sonenviados y cclico porque asegura que las veces en que se transmite es constante y no depende de losdispositivos conectados.

    El acceso a la red es controlado por un algoritmo de tiempo llamado Concurrent Time Domain MltipleAcess (CTDMA), las cuales regula la oportunidad de un nodo a transmitir en cada intervalo.

    CARACTERSTICAS

    - Velocidad de 5 Mbits/s.

    - Permite 99 nodos de conexin.

    - Cada segmento puede cubrir distancias de hasta 1 000 m.

    - El medio de transmisin utilizado puede ser cable coaxial o fibra ptica.

    - La cantidad de informacin enviada es de 510 bytes.

    - El tipo de comunicacin es del tipo multimaestro.

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    Mas sobre ControlNet descargaesta documentacin completa: http://www.instrumentacionycontrol.net/Descargas/IyCnet_ControlNet-es.rar

    MODBUS PLUS

    ... Es una red abierta tambin?

    Por supuesto. Modbus fue desarrollado por MODICON, ahora como parte del grupo Schneider Electric. Elprotocolo fue ampliamente utilizado con algunas adaptaciones por muchas compaas. Hay una grancantidad de sistemas instalados en U.S.A. como en Europa y muchas compaas aplican DCS (sistemas decontrol distribuido) usando Modbus como protocolo para su comunicacin.

    ... Y cmo funciona?

    Durante la comunicacin en una red Modbus, el protocolo asigna una direccin a cada controlador,reconociendo el mensaje direccionado para l, determina la clase de accin a tomar y extrae cualquier datode otra informacin contenido en un mensaje. Si una respuesta es requerida, el controlador debera construirel mensaje de respuesta y enviarlo usando el mismo protocolo.

    En otras redes, el mensaje contenido en el protocolo Modbus son etiquetados dentro de un paqueteestructurado, que es usado en la red.

    ... Y utiliza la interfaz serial?

    Los puertos de los controladores Modbus son estndar y usan: la interfaz serial RS-232C, niveles de seal,valores de transmisin en baudios y chequeo de la paridad. Los controladores pueden conectarsedirectamente a la red o va mdems.

    ... Cul es la tecnologa de comunicacin usada?

    Los controladores se comunican usando la tecnologa maestro-esclavo (master-slave), en las cualessolamente un dispositivo (mster) puede iniciar la transaccin (queries). Los otros dispositivos (slaves)responde a solicitud del mster. Los masters tpicos incluyen un procesador central y paneles de

    programacin. Los slaves tpicos incluyen controladores programables. Modbus Plus es una versin de altavelocidad de Modbus con soporte de multimster.

    El mster puede direccionar ios slaves individuales o puede iniciar un bradcast de mensajes a todos losslaves. Los slaves retornan un mensaje de respuesta.

    CARACTERSTICAS

    - Velocidad de 1 Mbits/s.

    - Permite 64 nodos de conexin.

    - La distancia mxima permitida es 450 m.

    - El tipo de comunicacin utilizado es Multi-Mster.

    http://www.instrumentacionycontrol.net/Descargas/IyCnet_ControlNet-es.rarhttp://www.instrumentacionycontrol.net/Descargas/IyCnet_ControlNet-es.rarhttp://www.instrumentacionycontrol.net/Descargas/IyCnet_ControlNet-es.rar
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    RESUMEN DE REDES INDUSTRIALES

    AS-Interface es una red de bajo costo para sensores y actuadores binarios y analgico utilizadoprincipalmente en las mquinas y control secuencial.

    PROFIBUS es el bus de campo para aplicaciones con tiempos de respuesta crticos. Uno de sus perfiles, elPROFIBUS PA, est especialmente diseado para tareas de control de procesos en reas con atmsferas

    potencialmehte explosivas.

    Profibus DP es para uso de bus de campo a una velocidad de 12Mbit/s.

    Profibus FMS es para el uso a nivel clula, facilitando el enlace de PLCs, paneles de operadores, PCs, etc.

    DeviceNet es una red de campo orientada principalmente a los procesos de manufactura.

    Foundation Fieldbus es un protocolo cuya principal caracterstica es distribuir las funciones de control enla red.

    Industrial Ethernet es una red que permite transmitir gran cantidad de informacin a gran velocidad. Usadainicialmente en el nivel de clula pero con proyecciones muy grandes de convertirse en la solucin en elnivel de campo.

    Algunas preguntas para finalizar

    - Cul es la mxima longitud del cable utilizado en una red ASI sin usar repetidores?

    100 metros

    - Por qu es importante que un protocolo sea independiente del fabricante?

    Es importante por los problemas de integracin, ya que muchas veces los protocolos se excluyenmutuamente creando la necesidad de utilizar convertidores de protocolos o comprar solamente productos deun determinado proveedor.

    - Qu es una red DeviceNet?

    DeviceNet es una red de control inteligente de bajo costo que conecta una amplia gama de dispositivosinteligentes como sensores, lectores de cdigo de barras, actuadores y otros dispositivos.

    - Una red DeviceNet es equivalente a la red AS-I?

    Correcto, dado que ambos conectan dispositivos de campo.

    - Qu es "Foundation Fieldbus"?

    Es un sistema de comunicacin serial bidireccional completamente digital que trabaja a una velocidad de31,25 Kbps que interconecta dispositivos de campo como sensores, actuadores y controladores.

    - Es Profibus un bus estndar de campo abierto e independiente del vendedor?

    Correcto.

    - Cundo utilizamos Profibus-PA?

    Se utiliza en aplicaciones en atmsferas potencialmente explosivas (Eexi-Proteccin intrnseca).

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    Ethernet Industrial Inalmbrico: comunicacin robusta y confiable

    Ethernet es un protocolo promisorio en lo que a independencia del fabricante se refiere, pero no elimina lanecesidad del cableado.

    Las ventajas de Ethernet son muchas: los componentes de red tienen una fuerte tendencia al bajo costo;Ethernet puede ser utilizado como un medio de transporte independiente del protocolo de comunicacin de

    los PLC's encapsulando el Modbus o el PROPFIBUS dentro del paquete TCP/IP; la caracterstica natural deser multienlace de Ethernet proveen de un va muy fuerte para posteriores expansiones; y los dispositvoshacia los cuales la informacin es enviada ya estn integrados en redes Ethernet.

    Pero a pesar de estas ventajas Ethernet comparte la desventaja de necesidad de tender cable en toda laplanta. Est demostrado que en una instalacin tpica, el costo del tendido del cable exceder el costo delresto del equipo.

    Y Ahora que podemos hacer???

    Ahora hay una solucin; Ethernet inalmbrica; que provee de los beneficios de Ethernet sin la necesidad decables, dando una comunicacin robusta y confiable.

    LOS DI SPOSITI VOS I NALMBRICOS PUEDEN PROVEER DE UNA COMUNI CACIN ROBUSTAY CONFI ABLE

    Factores que afectan las transmisiones de Radio

    Para decidir qu tecnologa inalmbrica es la mejor para una aplicacin, es de gran ayuda entender losfactores que afectan a una transmisin de radio.

    En aplicaciones dentro de un edificio, incluidas las fbricas, dos factores primordiales pueden interferir yoriginar desvanecimiento de la seal por rnultitrayectoria. Esta ltima ocurre cuando mltiples copias de la

    seal arriban a la radio al mismo tiempo, pero con diferente fase. Esto causa que las seales se.cancelenmutuamente unas a otras en algn grado, esto da como resultado un desvanecimiento o reduccin en laintensidad de la seal.

    La interferencia ocurre cuando otra fuente de radio frecuencia genera una seal a una frecuencia de intersque tiene una intensidad de campo superior a la de la seal de inters. El dispositivo que interfiere no tieneque ser necesariamente otro radio. En las bandas utilizadas, los hornos de microondas o los equipos desoldadura pueden ser fuentes de interferencia.

    ... existe otro factor?

    Un tercer factor que afecta el rendimiento es la sensibilidad de recepcin de los radios, la cual es definidacomo la mnima intensidad de seal requerida para recibir seales a una determinada tasa de error. Por esto,los radios de una mejor sensibilidad de recepcin lograrn un mejor rango.

    802.3 versus 802.11

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    802.11 (y ms recientemente 802,11b) es una norma para Ethernet inalmbrica diseada para promover lainteroperabilidad entre los vendedores de productos para redes de oficinas, con el fin de promover lacompetencia - resultando en menores costos. Mientras que el objetivo de esta norma es valioso, el progresoalcanzado en alcanzar la interoperabilidad ha sido limitado.

    802.3 es la norma que define 10BaseT Ethernet (802.3u define 100BaseT) y se refiere a la Ethernetcableada.

    Los dispositivos inalmbricos que cumplen con 802.11, cumplen con 802.3 en el punto de conexin a la redy cumplen con todo lo relacionado con el protocolo en el aire con 802.11. El punto importante es quemientras que un dispositivo inalmbrico debe cumplir con 802.3 para conectarse a la Ethernet cableado, no

    necesita cumplir 802.11.

    INSTALACIN DE ETHERNET INALMBRICA

    EL primer paso es definir la cantidad de datos a ser transmitida y la velocidad a la que debe ser transmitida.Tambin, el periodo de inactividad (latencia) que puede ser tolerado. El primer punto determinar la

    potencia o ganancia requerida mientras que lo segundo determinar la cantidad de informacin que puedeser enviada por vez. Ambos son inversamente proporcionales. No importa qu tan robusto sea el enlace de

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    radio, habrn oportunidades en que la transmisin no ser exitosa y necesite ser retransmitida. Estaretransmisin es automtica y no es percibida por la red, pero introduce latenca adicional. As, mientras unamayor transmisin de informacin aumenta la potencia, cuando se requiere una retransmisin, una mayorcantidad de informacin aumenta la latenca.

    Seguidamente, es necesario determinar la arquitectura de la red inalmbrica. La cantidad de dispositivosremotos que estarn conectados figurar en la decisin de operar en una red punto-a-multipunto, mltiples enlaces multpunto o una combinacin de ambos.

    Esto impactar en la capacidad necesaria de cada dispositivo. Si se emplean multienlaces, cada enlacenecesitar menor capacidad.

    La ubicacin de los dispositivos inalmbricos tambin merece atencin, ya que la ubicacin del dispositivode campo determinar la ubicacin general del dispositivo remoto as como del punto ms cercano deinterconexin a Ja red cableada. Como una regla general, las antenas de los dispositivos deben ser instaladaslo ms alto posible sin colocar entre ellas ningn obstculo.

    y la conclusin??

    Ethernet est ingresando con mucha fuerza a nivel de campo. Ethernet inalmbrica nos ofrece todas lasventajas del Ethernet, pero sin necesidad de tender cables. Con un entendimiento adecuado de la forma deoperar de los dispositivos inalmbricos...

    EHTERNET INALMBRICA NOS PROVEE DE UNA COMUNICACIN ROBUSTA YCONFIABLE INCLUSO EN LOS AMBIENTES INDUSTRIALES MAS RUIDOSOS.

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    La tecnologa OPC: Ole for Process Control ... hasta el cansancio

    En un mundo ideal, la integracin del control de procesos sera muy simple.

    Uno podra comprar todas las computadoras, instrumentacin y equipo elctrico de campo de un nicoproveedor y conectarlo, utilizando una nica red normalizada. Pero en la vida real no es tan simple,raramente ios PLCs, DCSs, accionamientos, control de motores, instrumentos de campo y computadoras son

    comprados a un nico proveedor. Es ms, cuando los son, el proveedor tiene equipos en los cuales lainterconexin no es tan limpia.

    Ya dijimos que la tan promocionada Ethernet y el TCP/IP no resuelven el problema. Ellos necesitanprotocolos adicionales en la capa de aplicacin (... recuerdan el modelo ISO?) para llevar a cabo sobre lared tareas tiles, como leer informacin desde un registro especfico de un PLC. Claro est, que cada

    proveedor tiene su propia idea del mejor protocolo en la capa de aplicacin que usar.

    Por ejemplo, un PLC Modicon y uno Alien Bradley podran poseer ambos Ethernet-TCP/IP pero tienendiferente protocolo de aplicacin. Si tratamos de conectarlos, descubriremos que no podremos comunicarlos.

    En el control de procesos, se ha necesitado un lenguaje comn desde hace buen tiempo, este es OLE paraControl de Procesos (OPC) que es uno de los ms promisorios. OPC es un conjunto normalizado deinterfases, propiedades y mtodos que definen cmo componentes individuales de programa puedeninteractuar y compartir informacin.

    No significa que espontneamente los PLCs Alien Bradley. "conversan" utilizando Modbus (Modicon), perose crea un lenguaje comn entre ambos sistemas. Cada proveedor crea programas OPC que "hablan" su

    lenguaje nativo ms OPC; luego, se cargan ambos programas en una PC y se utiliza OPC para que las dosporciones de programa interacten.

    OPC est basado en OLE de Microsoft (OLE llamado ahora ActiveX). Muchas personas han odo de OLEy.lo han utilizado cada vez que utilizamos la capacidad de "pegar" una hoja de clculo Excel en undocumento de texto Word.

    OLE permite que la hoja de clculo actualice dinmicamente la informacin contenida en el documento. Esms, tpicamente el usuario no requiere realizar ninguna configuracin ms all de hacer un click con elratn. Las especificacin OLE define completamente como la hoja de clculo (en este caso, el servidorOLE) da formato y enva la informacin al documento de texto (en este caso, el cliente OLE).

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    OPC le agrega algunas caractersticas a la especificacin OLE para los requisitos de direccionamiento en elcontrol de procesos. Por ejemplo, un servidor OLE no verifica si el cliente recibi la informacin; solamentela enva y se olvida del resto. Justamente debido a que esto es poco adecuado para las aplicaciones decontrol de procesos, OPC, agrega esta habilidad para acusar y validar las transacciones cliente/servidor.

    Una de las ventajas de OPC es que provee una interfase comn para la comunicacin de diversosdispositivos, a pesar de los protocolos o programas de control utilizados en el proceso. Antes que OPCexistiera, los desarrolladores de aplicaciones tenan que preparar "drivers" especficos para cada sistema decontrol con el que se quisieran conectar. Un proveedor de Interfases Humano-Mquina (HMI) tena quedesarrollar mas de 200 "drivers" para diferentes PLCs y DCSs.

    Con OPC, los proveedores de aplicaciones no necesitan desarrollar "drivers" por separado para cada red oprocesador; solamente necesitan crear un "driver" OPC optimizado para su producto. Este se comunica conotros servidores OPC diseados y vendidos por los fabricantes de otras redes y controladores.

    Es importante entender que OPC no elimina la necesidad de los "drivers" ninguno de los PLC existentes enla actualidad "hablan" OPC; cada fabricante desarrollar el driver OPC para un producto especfico. Una vezque existe el driver OPC para una parte del equipo o una aplicacin, es muy simple integrar esa informacin

    con los dispositivos que cumplen con OPC.

    Para el usuario final, la configuracin del OPC es significativamente ms simple que configurar diferentesdrivers:

    - OPC no necesita un mapa intermedio para la informacin, adems del respectivo mantenimiento.

    - OPC provee informacin en formato y sintaxis nativos.

    - OPC provee de una navegador para facilitar la configuracin.

    ... En resumen, podemos concluir que,

    OLE for Process Control (OPC) ha sido diseado como un mtodo para permitir que aplicaciones denegocios (comerciales en general) puedan acceder a datos de Planta de manera consistente.

    La aceptacin de OPC en la industria proveer muchos beneficios:

    - Los fabricantes de hardware solamente tienen que hacer un set de componentes software para que losclientes lo utilicen en sus aplicaciones.

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    - Los desabolladores de software no tendrn que re-escribir "drivers" cada vez que hay alguna actualizacino cambios hardware.

    - Los clientes tendrn ms opciones para desarrollar sistemas de manufactura e informacin integrados.

    Con OPC, la integracin de sistemas y equipos ser una tarea simple.

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    El dilema Ethernet Industrial.cuando las redes tienen que converger!

    Ethernet y TCP/IP estn logrando gran aceptacin en la automatizacin industrial. Fast Ethernet,Conmutacin (Switching) y Full Dplex han convertido a Ethernet en un poderoso sistema de comunicacincon una especial atraccin para usuarios industriales y fabricantes. Sin embargo, al menos se necesita un

    paso ms: lograr un protocolo estndar para una transmisin en tiempo real.

    Muchas organizaciones estn trabajando intensamente en un protocolo de aplicacin para EthernetIndustrial. Las diferentes aproximaciones como Ethernet/IP, ProfiNet, IDA, Foundation Fieldbus HSE eInterbus son incompatibles y no interoperables.

    IAONA (Alianza para una Red Abierta de Automatizacin Industrial, por sus siglas en ingls) recientementese han reunido con ODVA (Ehternet/IP) e IDA acordando mutuamente para el comn avance de unatecnologa de comunicacin basada en Ethernet TCP/IP.

    Las partes aceptaron estar desarrollando diferentes protocolos de comunicacin en tiempo real, peroacordaron estudiar y especificar futuras extensiones para unir estas dos normas. Especificaciones comunes

    permitirn la interoperabilidad de las soluciones para la tecnologa de conmutacin, componentes comunes

    para el medio de transmisin y lineamientos para la instalacin y el cableado.

    CARACTERSTICAS COMUNES

    A pesar de las diferentes aproximaciones de la capa 7, todos los conceptos son estables y tiene un corazncomn: tecnologa de transmisin (Capa 1), mtodo de acceso al bus (CSMA/CD, Capa 2), ProtocoloInternet (IP, Capa 3), protocolos TCP y UDP (Capa 4), Protocolo de Transferencia de Hipertexto (http),Protocolo de Transferencia de Archivos (FTP) y el protocolo de Manejo Simple de la Red (SMTP) en laCapa 7. Todos estos estn establecidos en la industria de la Tecnologa de la Informacin (IT), y comoahora, sern mplementados sin cambio.

    Sin embargo, hay que hacer notar algunas diferencias que pueden ser encontradas en los protocolos decomunicacin en tiempo real de la capa 7 y en los objetos y modelos de ingeniera para la configuracin delsistema. Los diferentes conceptos pueden ser subdivididos en "tecnologas de encapsulamiento"(Ehternet/IP, Foundation Fieldbus HSE y Modbus TCP/IP, "conceptos de pasarelas y Proxy" (ProfiNet eInterbus) y otro sistema completamente nuevo llamado IDA.

    CONCEPTOS DE ENCAPSULAMIENTO

    El trmino encapsulamiento se usa para describir el empaquetamiento de una trama de telegrama en uncontenedor TCP o UDP. Con todo esto, el telegrama del bus de campo prcticamente invariable es "pegado"

    en la informacin del usuario en una trama TCP/UDP antes de ser enviada sobre Ethernet. La ventaja es quela culminacin de las especificaciones no requerir mucho desarrollo. Los primeros dispositivos comercialesestn disponibles y en uso. Tambin ser fcil proveer la compatibilidad hacia abajo con los buses de campoen los que estn basados; podramos decir que Ehternet puede ser vista como una nueva tecnologa detransmisin que puede ser usada como una "alternativa a" o "en combinacin con" los buses de campoestablecidos.

    En la figura siguiente, Ethernet/IP utiliza el protocolo CIP que ya es reconocido por DeviceNet yControlNet, los telegramas CIP son empacados en contenedores TCP/UDP antes de ser transferidos aEhernet.

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    La desventaja del encapsulamiento es que se tiene un protocolo con menor eficiencia. Los encabezadosEthernet son ms largos que la informacin de usuario; de acuerdo con esto, el encapsulamiento espreferible para enviar gran cantidad de informacin (por ejemplo, programas) en lugar de palabras simples(por ejemplo, informacin de entrada/salida).

    CONCEPTOS DE PASARELA (GATEWAY) Y PROXY

    Aqu el principal objetivo es integrar los segmentos, los buses de campo en los segmentos EthernetIndustrial. Esto es implementado mediante una pasarela o traductor de protocolo o un servidor Proxy, laprincipal ventaja es que los buses de campo existentes pueden ser utilizados en el futuro; sin embargo, ladesventaja son las redes heterogneas con sistemas de configuracin diferentes y limitadocomportamiento en tiempo real.

    Uno de los propulsores de esta filosofa es Profinet (ver'figura siguiente), aqu una red PROFIBUS esconectada a una red basada en Ethernet a travs de un traductor de protocolos (pasarela).

    SISTEMAS EN TIEMPO REAL

    La Interfase de Automatizacin Distribuida (IDA por sus siglas en ingls) es un planteamientocompletamente nuevo. IDA utiliza el sistema de comunicacin NDDS, que est basado en un modelopublicador/suscrptor y provee un amplio rango de poderosos servicios de aplicacin. Las aplicacionespublican la informacin utilizando comunicacin broadcast o multicast y suscribe la informacin querequieren a travs de la red. La comunicacin entera es completamente annima ya que ni el publicador niel suscriptor necesitan saber quin necesita la informacin.

    CONCLUSIN

    Las tendencias indican que los actuales buses de campo seguirn siendo usados; es ms, una nicanorma para la comunicacin en tiempo real sobre Ethernet Industrial es improbable y al parecercondenada al fracaso. Las iniciativas de normalizacin, como IAONA, son muy importantes ya queapuntan a minimizar las diferencias entre las redes Ethernet venideras.

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    Introduccin a los Sistemas de Control Distribuido DCS

    Los DCS (Distributed Control Systems) basados en micropracesadores, surgieron en la dcada de los 70,concebidos inicialmente como reemplazos funcionales para la instrumentacin electrnica de panel.Inicialmente utilizaron visualizadores (displays) discretos de panel como suceda con la instrumentacin deentonces.

    Anteriormente en los 70, se utilizaban los paneles analgicos para realizar todas las tareas de supervisinremota de los procesos; las necesidades de utilizar los recursos disponibles ms eficiente e inteligentementesin embargo, fueron las principales razones para buscar sistemas capaces de mejorar la competitividad de lasempresas. Los DCS, gracias a su desarrollo dentro de compaas de fabricacin de sistemas de controlavanzados, se han hecho comercialmente viables para el mejoramiento de la exactitud, operabilidad,habilidad computacional y lgica, estabilidad en la calibracin, y facilidad de modificacin de Sasestrategias de control.

    EVOLUCIN DE LOS DCS

    Los Sistemas de Control Distribuido (DCS) han estado evolucionando desde mediados de los 80, de seresencialmente reemplazos de paneles de control a redes totalmente integradas a las operaciones de planta.Este progreso ha sido impulsado en parte por la revolucin en la tecnologa de los microprocesadores y elsoftware y en parte por necesidades econmicas.

    Control Central

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    Control Distribuido

    Comparacin entre un sistema centralizado y otro distribuido

    Estos sistemas evolucionaron rpidamente, agregando estaciones de trabajo (workstations) basadas en vdeoy controladores compartidos, capaces de manejar complejas estrategias de control regulatorio y secuencia!,conteniendo informaciones de elementos funcionales como controladores PID, totalizadores,temporizadores, circuitos lgicos, dispositivos de clculo, etc

    Estos sistemas evolucionaron rpidamente, agregando estaciones de trabajo (workstations) basadas en vdeoy controladores compartidos, capaces de manejar complejas estrategias de control regulatorio y secuencia!,conteniendo informaciones de elementos funcionales como controladores PID, totalizadores,temporizadores, circuitos lgicos, dispositivos de clculo, etc

    Durante esos aos, la industria de los computadores personales con la aparicin del DOS como estndar dio

    lugar al desarrollo de paquetes de software cada vez de mayor calidad y menor costo que enriquecieron (y losiguen haciendo hoy en da) las posibilidades de los DCS, incluyendo:

    - Manejo de base de datos relaciona!

    - Paquetes de hoja de clculo

    - Capacidad de control estadstico de procesos

    - Sistemas expertos

    - Simulacin de procesos por computadora

    - Diseo asistido por computador

    - Utilitarios de escritorio

    - Manejo de pantallas orientado al objeto

    - Estaciones de trabajo orientadas a Windows (ventanas)

    - Intercambio de informacin con otras plantas

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    Figura - Diagrama esquemtico de la arquitectura dei sistema TDC 2000 de la firma Honeywell. El sistemautilizaba controlares bsicos, los que eran los equivalentes digitales de los instrumentos de panel

    convencionales.

    Hacia fines de los 80 y comienzos de los 90, el desarrollo de los sistemas en red permiti una mayorcohesin entre el software y las comunicaciones, logrndose sistemas integrados con estndares:

    - Sistemas operativos abiertos, tales como UNIX

    - Modelo de comunicaciones OSI

    - Modelo computacional cliente-servidor

    - Protocolos de comunicacin entre workstations (estaciones de trabajo)

    - Sistemas de manejo de base de datos relaciona! distribuidos

    - Programacin orientada al objeto

    - Ingeniera de software asistida por computador

    ARQUITECTURA

    Los DCS se estn transformando en plataformas computacionales distribuidas con suficiente rendimientopara soportar aplicaciones en tiempo real de gran escala y escalabies para direccionar aplicaciones deunidades pequeas. Los estndares de sistemas abiertos estn permitiendo a los DCS ei recibir informacinde diversos conjuntos de plataformas computacionales similarmente compatibles, incluyendo negocios,informacin de laboratorio, mantenimiento y otros sistemas de planta, as como dar informacin a estossistemas para apoyo de mltiples aplicaciones.

    Los DCS tradicionalmente estn organizados en cinco grandes subsistemas: estaciones de trabajo deoperaciones, subsistemas de control, subsistemas de recoleccin de datos, subsistemas computacionales de

    procesos y redes de comunicacin.

    Veremos en el prximo articulo los subsistemas relacionados con los DCS.

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    Arquitectura de los Sistemas de Control Distribuidos DCS :identificando el poder renundante

    Los DCS se estn transformando en plataformas computacionales distribuidas con suficiente rendimientopara soportar aplicaciones en tiempo real de gran escala y escalabies para direccionar aplicaciones deunidades pequeas.

    Los estndares de sistemas abiertos estn permitiendo a los DCS ei recibir informacin de diversosconjuntos de plataformas computacionales similarmente compatibles, incluyendo negocios, informacin delaboratorio, mantenimiento y otros sistemas de planta, as como dar informacin a estos sistemas para apoyode mltiples aplicaciones.

    Los DCS tradicionalmente estn organizados en cinco grandes subsistemas: estaciones de trabajo deoperaciones, subsistemas de control, subsistemas de recoleccin de datos, subsistemas computacionales de

    procesos y redes de comunicacin.

    Procesador FCP270 del DCS Foxboro I/A Series

    ESTACIONES DE TRABAJO DE OPERACIONES

    El criterio primario de las primeras workstatons fue la aceptacin del operador. El utilizar mmicos depaneles, fcilmente entendibles por los operadores fue la primera aproximacin. Esto se hizo emulandoinstrumentos convencionales para una interaccin similar a la que se hara con los instrumentos reales,siendo las ventajas tanto operacionales como econmicas. Luego se aadieron grficas de los procesos demodo tal de representar pictricamente una unidad de proceso o una seccin de un rea de proceso coninformacin actualizada de este.

    El manejo de alarmas es algo que concierne al personal de operaciones, independientemente de la pantalla

    que se est observando, los sistemas actuales permiten alertar al operador sobre condiciones lmite demuchas variables de los procesos controlados, en variadas formas tanto visuales como audibles. El proveerinformacin acerca de las tendencias de las condiciones de los procesos, es un rea donde los DCS han sidodesarrollados en forma excelente, tanto por la presentacin misma de estas, como por la capacidad deguardar informacin de miles de variables, permitiendo analizarlas en cualquier momento para mejorar laestabilidad de los procesos, las operaciones de planta, manejo de inventarios, etc.

    A medida que las estaciones de trabajo de operaciones o estacin de. operador evolucionaron, el concepto deestacin de trabajo universal empez a utilizarse. Esta es una consola de operaciones que provee toda lainformacin requerida por los operadores, tanto para la regulacin de los procesos como para acceder ainformacin seleccionada en otras operaciones de modo tal de permitir al operador tomar mejores decisionestcticas como cuando arrancar una unidad o ajustar un proceso para compensar aign problema en el mismo.

    La aparicin de workstations orientadas a ventanas (Windows), esencialmente han permitido a los monitoresde las mismas tener pantallas divididas en secciones escalables, actuando cada una de estas secciones como

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    un subsistema de visualizacin independiente. Supervisores u operadores pueden as ver informacin dediferentes programas simplemente direccionando la sada del display para ese programa a la ventana

    particionada: un operador podra requerir un grfico de proceso de una unidad de' proceso y verlo en unaprimera ventana; un anlisis estadstico de los ltimos batches (lotes) hechos en esa unidad dirigidos a unasegunda ventana; un reporte de inventario de materia prima disponible en una tercera; la tendencia en tiemporea! de variables especficas en una cuarta; la formulacin o receta del batch en ejecucin en una quinta y elsumario del programa de produccin de esa semana en una sexta.

    Command Center Foxboro, con teclados funcionales de Operacin

    Si se disea apropiadamente, varias estaciones en diferentes lugares pueden al mismo tiempo ver la mismainformacin. En efecto, todas ellas pueden ser hechas para tener acceso independiente y total a todas lasinformaciones y aplicaciones de la red.

    SUBSISTEMAS DE CONTROL

    El primer controlador multilazo fue desarrollado en 1970 por la firma Honeywell. Tena 8 lazos que ofrecanvarias funciones y flexibilidad, independientemente de la configuracin de cada elemento de control o

    bloques, pero con la limitacin en la habilidad de conectar varios bloques juntos para lograr esquemas de

    control complejos sin cableado externo. Esto ha sido superado en los aos posteriores con subsistemas msgrandes en tamao y funciones, permitiendo que el uso de estos controladores "compartidos" sea la principalrazn del empleo del DCS sobre la instrumentacin convencional.

    Figura 4 - Estructura fsica de un controlador DCS en el que todos los lazos de control compartendiversas tarjetas

    Figura 5 - Estructura fsica de un controlador DCS en el que se tienen tarjetas individuales para cadalazo

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    La herramienta para lograr esto es la emulacin de instrumentos electrnicos como bloques de funciones; loscuales pueden ser interconectados para formar estrategias de control de lazos. La inclusin posterior defunciones de enclavamiento y secuenciarniento han permitido estrategias de control avanzadas; bloquestpicos incluyen:

    Siendo bloques relativamente fciles de usar, son sin embargo resultado de un diseo bastante complejo. Aiaplicarlos, es importante comprender que existen diferencias fundamentales entre su implementacin usandocircuitera electrnica analgica o tecnologa digital como sucede por ejemplo con el tiempo de muestreo delos datos, sincronizacin de los algoritmos en aplicaciones secuenciales, inicializacin de los bloques autilizar, respuesta de estos a1 situaciones anormales, lenguajes de procedimiento, etc.

    Figura 6 - En un solo mdulo se tienen todas las capacidades

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    Procesadores FCP270 Renundantes (Foxboro)

    Figura 7 - Una de las caractersticas de un sistema es la redundancia. Aqu cada tarjeta delcontrolador de reserva es compartida entre los controladores activos

    Figura 8 - Redundancia con un controlador de reserva por cada controlador activo