¿Qué es el sistema de control distribuido DCS?
En los últimos años, el uso de dispositivos inteligentes y buses de campo hace sistema de control distribuido (DCS) para ser prominente en procesos industriales grandes y complejos en comparación con el antiguo sistema de control centralizado. Esta distribución de la arquitectura del sistema de control alrededor de la planta ha llevado a producir formas más eficientes de mejorar la confiabilidad del control, la calidad del proceso y la eficiencia de la planta.
Hoy en día, el sistema de control distribuido se ha encontrado en muchos campos industriales, como plantas químicas, industrias de petróleo y gas, unidades de procesamiento de alimentos, plantas de energía nuclear, sistemas de gestión de agua, industrias automotrices, etc.
¿Qué es el sistema DCS?
A sistema de control distribuido (DCS) es un sistema de control automatizado especialmente diseñado que consta de elementos de control distribuidos geográficamente sobre la planta o área de control.
Se diferencia del sistema de control centralizado en el que un único controlador en una ubicación central maneja la función de control, pero en el DCS cada elemento de proceso, máquina o grupo de máquinas está controlado por un controlador dedicado. DCS consta de una gran cantidad de controladores locales en varias secciones del área de control de la planta y están conectados a través de una red de comunicación de alta velocidad.
En el sistema de control DCS, las funciones de control y adquisición de datos se llevan a cabo a través de una serie de controladores DCS que son unidades basadas en microprocesadores distribuidas funcional y geográficamente sobre la planta y están situadas cerca del área donde se realizan las funciones de control o recopilación de datos, como se muestra en la figura anterior. Estos controladores son capaces de comunicarse entre sí y también con otros controladores como terminales de supervisión, terminales de operador, historiadores, etc.
Los controladores automáticos individuales distribuidos están conectados a dispositivos de campo como sensores y actuadores. Estos controladores garantizan el intercambio de datos recopilados con otros controladores jerárquicos a través de diferentes buses de campo. Para establecer la comunicación entre los controladores se utilizan diferentes buses de campo o protocolos de comunicación estándar. Algunos de estos incluyen Profibus, HART, arc net, Modbus, etc.
DCS es más adecuado para plantas de procesamiento o fabricación a gran escala en las que se debe monitorear y controlar una gran cantidad de bucles de control continuo. La principal ventaja de dividir las tareas de control para los controladores distribuidos es que si falla alguna parte del DCS, la planta puede continuar funcionando independientemente de la sección fallida.
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Arquitectura del sistema de control distribuido
Como sugiere el nombre, DCS tiene tres cualidades principales. La primera es la distribución de diversas funciones de control en conjuntos relativamente pequeños de subsistemas, que son semiautónomos y están interconectados a través de un bus de comunicación de alta velocidad. Algunas de estas funciones incluyen adquisición de datos, presentación de datos, control de procesos, supervisión de procesos, generación de informes, almacenamiento y recuperación de información.
El segundo atributo de DCS es la automatización del proceso de fabricación mediante la integración de estrategias de control avanzadas. Y la tercera característica es la disposición de las cosas como un sistema. DCS organiza toda la estructura de control como un único sistema de automatización donde se unifican varios subsistemas a través de una estructura de comando y un flujo de información adecuados.
Estos atributos de DCS se pueden observar en su arquitectura que se muestra en el siguiente diagrama. Los elementos básicos comprendidos en un DCS incluyen una estación de trabajo de ingeniería, una estación operativa o HMI, una unidad de control de procesos o una unidad de control local, dispositivos inteligentes y un sistema de comunicación.
Estación de trabajo de ingeniería:
Es el controlador supervisor de todo el sistema de control distribuido. Puede ser una PC o cualquier otra computadora que tenga software de ingeniería dedicado (por ejemplo, la estación de ingeniería Control Builder F en el caso del sistema de control distribuido independiente de ABB).
Esta estación de ingeniería ofrece potentes herramientas de configuración que permiten al usuario realizar funciones de ingeniería como crear nuevos bucles, crear varios puntos de entrada y salida, modificar la lógica de control secuencial y continuo, configurar varios dispositivos distribuidos, preparar documentación para cada dispositivo de entrada/salida, etc. .
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Estación de operación o HMI
Se utiliza para operar, monitorear y controlar los parámetros de la planta. Puede ser una PC o cualquier otro dispositivo de monitoreo que tenga una herramienta de software separada en la que el operador pueda ver los valores de los parámetros del proceso y, en consecuencia, tomar medidas de control. Por ejemplo, es una herramienta de software DigiVis que puede ejecutarse en un entorno de PC simple en el caso de ABB DCS.
Las estaciones operativas pueden ser una sola unidad o varias unidades donde una sola unidad realiza funciones como visualización de valores de parámetros, visualización de tendencias, alarmas, etc. mientras que varias unidades o PC realizan funciones individuales, como algunas PC muestran parámetros, algunas para archivos de tendencias, otras para registro y adquisición de datos, etc.
Unidad de Control de Procesos de DCS
También se le llama unidad de control local, controlador de distribución o estación de proceso. Un sistema de control distribuido puede constar de una o más estaciones de proceso que pueden ampliarse con diferentes tipos de unidades de E/S. Estos controladores constan de un potente módulo de CPU, bus de campo o módulo de comunicación con capacidad de bus de campo ampliada y E/S conectadas directa o remotamente.
Los dispositivos de campo como sensores y actuadores están conectados a módulos de E/S de esta unidad. Algunos dispositivos de campo se pueden conectar directamente al bus de campo (como Profibus) sin ningún módulo de E/S, lo que puede denominarse dispositivos de campo inteligentes.
Estas unidades adquieren la información de varios sensores a través del módulo de entrada, la analizan y procesan en función de la lógica de control implementada y envían las señales de salida a través de módulos de salida para controlar actuadores y relés.
En caso de El módulo ABB DCS, AC800F (considérelo, por ejemplo) actúa como una estación de proceso, que es responsable de adquirir y controlar los datos del proceso. Esta unidad consta de una fuente de alimentación junto con una sección de CPU, una sección de Ethernet, una sección de Profibus y una unidad de interfaz de comunicación remota para interfaz de E/S como se muestra en la figura donde el primer módulo es la unidad AC 800F y el otro es E/S remota (también llamado como módulo de interfaz de comunicación).
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Sistema de comunicación
El medio de comunicación juega un papel importante en todo el sistema de control distribuido. Interconecta entre sí la estación de ingeniería, la estación de operación, la estación de proceso y los dispositivos inteligentes. Lleva la información de una estación a otra. Los protocolos de comunicación comunes utilizados en DCS incluyen Ethernet, Profibus, Foundation Field Bus, DeviceNet, Modbus, etc.
No es obligatorio utilizar un protocolo para todo el DCS; algunos niveles pueden utilizar una red mientras que otros niveles utilizan una red diferente. Por ejemplo, considere que los dispositivos de campo, las E/S distribuidas y la estación de proceso están interconectados con Profibus, mientras que la comunicación entre la estación de ingeniería, la HMI y la estación de proceso se realiza a través de Ethernet, como se muestra en la siguiente figura.
La principal ventaja del DCS es la redundancia de algunos o todos los niveles del área de control. La mayoría de los casos, los procesos críticos se instalan con controladores redundantes y redes de comunicación redundantes, de modo que el problema en la línea de procesamiento principal no debería afectar las funciones de monitoreo y control debido a la sección de procesamiento redundante.
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Dispositivos Inteligentes o Inteligentes
Los dispositivos de campo inteligentes y la tecnología de bus de campo son características avanzadas de la tecnología DCS que reemplaza los subsistemas de E/S tradicionales (módulos de E/S). Estos dispositivos inteligentes incorporan la inteligencia necesaria para técnicas simples de detección y control en los dispositivos primarios de detección y actuación. Y, por lo tanto, reemplaza la necesidad de un controlador DCS para realizar procesos de control y detección de rutina.
Estos dispositivos de campo se pueden conectar directamente al bus de campo para que sea posible enviar múltiples mediciones a la siguiente estación de control de nivel superior a través de una línea de transmisión digital eliminando hardware extraño, como controladores y módulos de E/S locales.
Trabajo y operación del sistema DCS
El funcionamiento de DCS es el siguiente; Los sensores detectan la información del proceso y la envían a los módulos de E/S locales, a los que también están conectados los actuadores para controlar los parámetros del proceso. La información o los datos de estos módulos remotos se recopilan en la unidad de control de procesos a través del bus de campo. Si se utilizan dispositivos de campo inteligentes, la información detectada se transfiere directamente a la unidad de control de procesos a través del bus de campo.
La información recopilada se procesa, analiza y produce resultados de salida basados en la lógica de control implementada en el controlador. Los resultados o las acciones de control se transmiten luego a los dispositivos actuadores a través del bus de campo. La configuración del DCS, la puesta en servicio y la implementación de la lógica de control se llevan a cabo en la estación de ingeniería como se mencionó anteriormente. El operador puede ver y enviar acciones de control manualmente en las estaciones de operación.
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Diferencia entre SCADA y DCS (DCS vs SCADA)
Aunque tanto DCS como SCADA son mecanismos de monitorización y control en instalaciones industriales, tienen objetivos diferentes. Existen algunos puntos en común entre DCS y SCADA en términos de hardware y sus componentes; sin embargo, existen ciertos requisitos en las aplicaciones finales que separan un DCS robusto y rentable del sistema SCADA viable. Algunas de las diferencias entre DCS y SCADA se enumeran a continuación.
- DCS está orientado a procesos, mientras que SCADA está orientado a la recopilación de datos. DCS hace más hincapié en el control del proceso y también consta de un nivel de control de supervisión. Y como parte de ello, presenta la información al operador. Por otro lado, SCADA se concentra más en adquirir datos del proceso y presentarlos a los operadores y al centro de control.
- En DCS, los módulos o controladores de control y adquisición de datos generalmente están ubicados dentro de un área más confinada y la comunicación entre varias unidades de control distribuidas se realiza a través de una red de área local. SCADA generalmente cubre áreas geográficas más grandes que utilizan diferentes sistemas de comunicación que generalmente son menos confiables que una red de área local.
- DCS emplea un control de circuito cerrado en la estación de control de procesos y en las unidades terminales remotas. Pero en el caso de SCADA no existe tal control de circuito cerrado.
- DCS está controlado por el estado del proceso, donde escanea el proceso de forma regular y muestra los resultados al operador, incluso bajo demanda. Por otro lado, SCADA está controlado por eventos y no escanea el proceso secuencialmente, sino que espera un evento que haga que los parámetros del proceso desencadenen ciertas acciones. Por lo tanto, DCS no mantiene una base de datos de los valores de los parámetros del proceso, ya que siempre está en conexión con su fuente de datos, mientras que SCADA mantiene una base de datos para registrar los valores de los parámetros que pueden recuperarse posteriormente para la visualización del operador y esto hace que el SCADA presente los últimos valores registrados. valores si la estación base no puede obtener los nuevos valores desde una ubicación remota.
- En términos de aplicaciones, DCS se utiliza para instalaciones dentro de un área confinada, como una sola planta o fábrica y para procesos de control complejos. Algunas de las áreas de aplicación de DCS incluyen plantas químicas, estaciones de generación de energía, fabricación farmacéutica, industrias de petróleo y gas, etc. Por otro lado, SCADA se utiliza para ubicaciones geográficas mucho más grandes, como sistemas de gestión de agua, control de transmisión y distribución de energía, transporte. aplicaciones y pequeñas industrias manufactureras y de procesos.
A pesar de estas importantes diferencias, los sistemas DCS y SCADA modernos vienen con instalaciones estándar comunes al abordar la automatización de plantas de procesos. Sin embargo, la elección entre DCS y SCADA depende de los requisitos del cliente y de la aplicación final. Pero si el cliente elige entre estos dos, al obtener los mismos requisitos del proceso, DCS es la opción económica ya que ayuda a reducir el costo y ofrece un mejor control.
Sistemas DCS de diferentes proveedores
Algunos de los sistemas DCS disponibles incluyen
- ABB- Independiente 800F y 800 xA
- Yokogawa-Centum CS 3000 y 1000
- Honeywell-TDC 3000
- Emerson-Delta V Automatización digital
- Siemens-Simatic PCS 7
- Allen-Bradley-NetLinx
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