SISTEMAS DE CONTROL DE LAS PLANTAS INDUSTRIALES (DCS Y PLC)

1.1. PLC
1.1.1. Partes de un PLC
1.1.2. Ejemplo de control con PLC

1.2. DCS
1.2.1. Diferencias entre DCS y un PLC
1.2.2. Partes de un DCS

1.3. ARQUITECTURA DE COMUNICACIONES EN UNA PLANTA INDUSTRIAL
1.3.1. Sala de control
1.3.2. Sala de armarios de control
1.3.3. Croquis de arquitectura de control de una planta industrial

1.1. PLC

A grandes rasgos vamos a distinguir entre dos tipos de sistemas de control en instalaciones industriales: las  controladas por PLC y las controladas por DCS.

Un PLC (programmable logic controller), es un equipo programable donde reside toda la lógica de control de una instalación.

1.1.1. Partes de un PLC

-Fuente de alimentación: Alimenta  eléctricamente al PLC

-CPU: El cerebro del equipo, donde reside principalmente la programación

-Tarjetas de entradas y salidas cableadas (analógicas y digitales): Las tarjetas de entrada recibirán las señales provenientes de la instalación para que la CPU las interprete y decida qué hacer.

-Tarjetas de comunicaciones: Estos módulos nos permitirá comunicar el PLC con otros PLC u otros equipos.

1.1.2. Ejemplo de control con PLC

 Un sensor de temperatura (TERMOPAR) está midiendo una alta temperatura del agua en la aspiración de una bomba, este valor medido es enviado a la tarjeta de entradas analógicas del PLC.

La señal es recibida por el PLC e interpretada en la CPU.

La CPU tiene programado que por encima de un valor de temperatura detendrá la bomba.

Envía una salida digital al cuadro de control de motores. Esta señal abrirá el contactor que alimenta al motor eléctrico desenergizándolo y deteníendolo.

1.2. DCS

El DCS (Distributed Control System).

1.2.1. Diferencias entre DCS y un PLC

Actualmente no hay mucha diferencia entre el controlador de un DCS y de un PLC de altas prestaciones. Seguramente dentro de poco se acaben fusionando ambos conceptos.

Sin embargo en el pasado cuando las CPU de los PLC no estaban tan desarrollados, si que había una gran diferencia entre ambos sistemas.

Un DCS se desarrollo con el concepto de distribuir la carga de trabajo entre distintos controladores, para poder gestionar muchos parámetros a la vez. Estos equipos se interconectan entre sí funcionando como un solo cerebro, pero cada uno está especializado en una función o en un área de la planta; intentando que cada controlador sea lo más independiente posible del resto.

Imaginar que quisiéramos controlar todo el cerebro con una sola neurona. 

Debido a sus limitaciones la neurona no daría abasto. Para evitar, esto nuestro cerebro tiene neuronas especializadas; que a su vez están interconectadas entre sí.

De la misma forma se desarrollaron los controladores, en los que se distribuye la programación de la planta, que a su vez interactúan entre si.

Sin embargo los PLC se desarrollaron como equipos totalmente independientes, era una solo neurona que pretendían controlar todo lo que pudieran; hoy en día los PLC de alta gama interactúan entre sí de la misma forma que los controladores de un DCS.

En una planta industrial los controladores se pueden ubicar físicamente en la misma sala o distribuirse por los alrededores.

1.2.2. Partes de un DCS

-Fuente de alimentación: Alimenta  eléctricamente al controlador

-CPU: El cerebro del equipo, donde reside principalmente la programación

-Tarjetas de entradas y salidas cableadas (analógicas y digitales): Las tarjetas de entrada recibirán las señales provenientes de la instalación para que la CPU las interprete y decida qué hacer.

-Tarjetas de comunicaciones: Estos módulos nos permitirá comunicar el controlador con otros controladores u otros equipos. 

1.3. ARQUITECTURA DE COMUNICACIONES EN UNA PLANTA INDUSTRIAL

1.3.1. Sala de control

En esta sala se ubicarán las pantallas de operación, desde aquí trabajarán los operadores de la planta.

Es común que los ordenadores de estas pantallas no estén en la sala de control, para ello se puede instalar un extender de teclado ratón y pantalla conectado a los ordenadores de operación.

Los ordenadores de control tiene instalada la aplicación del “SCADA” (Supervisory Control And Data Adquisition, son las pantallas de visualización de la planta)

Estos ordenadores no llevan el control de la planta solo visualizan el estado y mandan señales a los servidores de la planta si el operador realiza alguna acción. El funcionamiento de estos equipos no es necesario para el funcionamiento correcto de la instalación.

1.3.2. Sala de armarios de control

En esta sala se instarán los armarios eléctricos con los servidores (ordenadores) y controladores (DCS).

Los servidores de la planta son normalmente dos ordenadores redundantes (instalados dentro del armario de servidores), por un lado reciben la información de los controladores y de los ordenadores de operación y por otro guardan información relevante para supervisión y control de la instalación.

La red que comunica los servidores con los controladores y ordenadores de operación será la red de supervisión.

Los controladores están ubicados dentro de los armarios de control.

Los controladores se comunicarán con otros a controladores a través de su red de control (normalmente anillo fibra óptica redundante).

1.3.3. Croquis de arquitectura de control de una planta industrial

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Julio César Fernández Losa 29/12/2014

ARQUITECTURAS DE COMUNICACIONES EN PLANTAS INDUSTRIALES

1.1. INTRODUCCIÓN

1.2. TIPOS DE ARQUITECTURAS DE COMUNICACIONES
1.2.1. Arquitectura tipo “Punto a punto”
1.2.2. Arquitectura tipo “Bus”
1.2.3. Arquitectura tipo “Anillo”
1.2.4. Arquitectura tipo “Doble-Anillo”
1.2.5. Otros tipos de arquitecturas

1.3. EJEMPLO DE ARQUITECTURA DE COMUNICACIONES EN UNA PLANTA INDUSTRIAL

_______________________________________________________

1.1. INTRODUCCIÓN

La arquitectura de comunicaciones es la disposición en la que se interconectan los equipos de una planta industrial.

Hay sistemas de comunicaciones que nos permite elegir entre distintas posibilidades, utilizando punto a punto, bus, árbol o combinarlos.

1.2. TIPOS DE ARQUITECTURAS DE COMUNICACIONES

1.2.1. Arquitectura tipo “Punto a punto”

En una arquitectura "punto a punto", un equipo se comunica con otro y con nadie más, por lo que solo es posible comunicar dos equipos.

Ejemplos de comunicaciones punto a punto: RS232 o IRIG-B.

Hace unos años, el ratón se conectaba al ordenador a través de un puerto serie RS232 (Punto a punto) 

Por un cable el ordenador manda información al ratón y el ratón le responde.

1.2.2. Arquitectura tipo “Bus”

En una arquitectura tipo bus, los equipos se van conectados uno a continuación del otro, como eslabones en una cadena. 

Un equipo estará ubicado al principio del bus y otro estará al final del bus.

Cuando se corta el cable se perderá la comunicación de los equipos que estén a continuación.

Un ejemplo de este tipo de comunicación es el protocolo RS485, típico entre los autómatas. 

En este ejemplo el PLC maestro lanza preguntas y  los PLC esclavos responden.

1.2.3. Arquitectura tipo “Anillo”

En la arquitectura tipo anillo, los equipos van conectados uno a continuación del otro. En esta arquitectura al contrarío que el tipo “bus”, no hay un principio ni final del bus. El último equipo se conecta con el primero cerrando el anillo.

En esta arquitectura si cortamos la comunicación en un punto del anillo los equipos seguirán comunicándose por el otro camino.

1.2.4. Arquitectura tipo “Doble-Anillo”

La arquitectura tipo doble anillo, es muy similar a la arquitectura anterior; pero en vez de utilizar una solo vía para interconectar dos equipos, utilizarán dos vías. Normalmente una permanece en reserva (Stand-By) y en caso de problemas de comunicación, se habilitará la de reserva.

Disponer de un camino de reserva se llama comunicaciones redundantes. Cada vez es más usual ver en las especificaciones de un proyecto este requisito (aunque en ciertas ocasiones carezca de sentido).

Un ejemplo de comunicaciones en anillo redundantes, puede requerirse en las comunicaciones entre los controladores principales de una planta industrial (red de control). Es muy común que en estos casos se requiera una comunicación redundante con fibra óptica.

Para saber más sobre controladores pulsar este enlace

Los controladores principales de una planta industrial, serán los equipos que gestionarán la programación principal para el funcionamiento y supervisión de los equipos de la planta industrial. Cada controlador tiene una parte de la programación para el funcionamiento de la planta e interactúa con el resto de los controladores. Esto es lo que hace que este sistema se llame DCS “Sistema de control distribuido”.

1.2.5. Otros tipos de arquitecturas

-Tipo estrella:

-Tipo árbol:

-Tipo mixta:

-Tipo malla:

-Tipo totalmente conexa:

1.3. EJEMPLO DE ARQUITECTURA DE COMUNICACIONES EN UNA PLANTA INDUSTRIAL

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Julio César Fernández Losa 28/12/2014

NAVISWORKS

Actualmente cualquier proyecto industrial que tenga una mínima transcendencia, dispone de un modelo actualizado en 3D.

Normalmente el programa utilizado para modelar en 3D es el “PDS” (SMART PLANT 3D).

El “NAVISWORKS” es una de las aplicaciones que un ingeniero puede usar para poder navegar y estudiar este modelo 3D.

El “NAVISWORKS” solo es una aplicación para visualización, este programa cargará toda la información del modelo 3D (PDS) de la planta.

Cualquier ingeniero que trabaje en un proyecto industrial, en todo momento debe tener ciertas nociones de la implantación actual de la planta, sobre todo en los equipos donde comparte responsabilidad.

Donde ubicar los actuadores, cajas, armarios, botoneras; buscar zonas accesibles que no interfieran con otros equipos; localizar las áreas más seguras; comprobar que la instalación de los instrumentos es correcta; estimar longitudes de tubing, cables, bandejas… esto son algunos ejemplos en los que el “NAVISWORKS” nos puede ayudar.

1º Seleccionar el siguiente icono para abrir la aplicación 

2º Seleccionar el proyecto y pulsar aceptar

3º-Pantalla de inicio del programa

En la parte central de la pantalla podemos ver nuestra planta industrial en 3D.

4º-Herramientas de desplazamiento

-ZOOM: Nos permite hacer un zoom del recuadro seleccionado.

Seleccionaremos un recuadro manteniendo pulsado el botón izquierdo del ratón sobre el dibujo.

Mientras tenemos esta opción activada si usamos la rueda del ratón nos acercaremos o nos alejaremos.

-ENCUADRAR: Nos permite encuadrar el dibujo y centrar o desplazarnos hacia donde queremos.

Con esta opción seleccionada, si mantenemos pulsado el botón izquierdo del ratón nos desplazaremos hacia arriba, abajo, izquierda o derecha.

Mientras tenemos esta opción activada si usamos la rueda del ratón nos acercaremos o nos alejaremos.

-ORBIT: Esta herramienta nos permite cambiar la perspectiva, enfocando desde más abajo desde arriba o desde los lados.

Para ello, tras seleccionar esta opción, manteniendo pulsado con el botón izquierdo y moviendo el ratón sobre el dibujo, el punto de vista irá cambiando.

5º-Herramientas de búsqueda

-QUICK FIND: Esta es la función de búsqueda más sencilla, el inconveniente es que: si no se escribe el nombre correcto exactamente como está registrado el programa no encontrará nada.

Para usar esta función; 1º- Abrimos la ventana “Quick-Find”, 2º- Escribimos el nombre completo del equipo y pulsamos en buscar.

Una vez finalizada la búsqueda, 3º- Debemos pulsar el botón “View Selected”. 

Al pulsar “View Selected” el programa nos llevará al equipo que ha encontrado, resaltando lo en azul.

-SELECT: Podemos usar la función “Select” para seleccionar el equipo que estemos viendo, pulsando con el botón izquierdo del ratón sobre el equipo.

Siempre que tengamos un equipo seleccionado, podemos ver sus propiedades en el cuadro de “Properties” 

-SELECTION TREE: Si no conocemos el nombre exacto, con el que fue introducido el equipo, podemos usar la opción “Selection tree”. 

Al pulsar este botón se abrirá una ventana, que mostrará de forma estructurada,  todos los equipo del modelo 3D.

Una vez seleccionado el equipo, pulsamos “View Selected” y nos llevará al equipo.

Si seguimos sin  encontrar el equipo, podemos buscar en la ventana "Selection Tree", la línea y dentro de la línea, buscar el equipo seleccionado. 

Cuando tengamos muchos equipos y no sepamos cual es el equipo seleccionado; una función útil es ocultar el resto. Para ello, pulsamos con el botón derecho sobre el menu "Selection Tree" y seleccionamos la opción "Hide Non Selected".

-ENABLE/DISABLE: Esta opción nos permite realizar cortes para poder ver lo equipos tapados.

En el ejemplo del dibujo, realizamos un corte a una “Section Distance” de 10 

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Julio César Fernández Losa 24/12/2014