Creando la Planta Digital  

InTech México Automatización,  
Abril – Julio 2003. 


 Las redes de comunicación y los sistemas de control digitales actuales nos ayudan a tener operaciones transparentes desde la dirección hasta los sensores de campo.


En los sistemas de control tradicionales basados en SCD y PLC, los sensores proveen una señal a los controladores, quienes a su vez envían una señal a los actuadores. Teniendo comunicaciones limitadas a estas señales de proceso, los operadores, ingenieros y los mismos sistemas de control tendrán que asumir que todo está trabajando correctamente en el campo. 

No se tiene una forma fácil de determinar si el vástago de una válvula está gastado, si las tomas de proceso a un sensor se están obstruyendo, si los motores se están calentando u otros problemas similares. Sin embargo, la combinación de instrumentación inteligente y las arquitecturas de buses digitales como la arquitectura PlantWeb de Emerson Process Managements (www.PlantWeb.com), permite a los operadores e ingenieros tener una mejor supervisión  de los equipos de campo. Hoy en día existe instrumentación que informa al operador cuando tiene problemas y requiere de atención por parte del departamento de mantenimiento. 

En algunos casos, el dispositivo en conjunto con el sistema de control puede reportar al operador el problema y las medidas que deben tomarse para solucionarlo. Plantas digitales van mucho más allá de la facilidad de mantenimiento e instalación. Con datos de los sensores, instrumentación inteligente y control de procesos, además de redes de comunicación digital para distribuirlos, una planta moderna tiene acceso grandes cantidades de información que puede ser usada para la administración de activos, optimización de la planta y mantenimiento predictivo. 

 La planta conectada  

A través de los años, se han desarrollado docenas de buses diferentes  en el mercado. Inicialmente las compañías de control de proceso, instrucción y PLC inventaron buses propietarios para enlazar su propio equipo. Recientemente la tendencia ha sido el uso de buses universales no propietarios, pero los usuarios aún se enfrentan con una gran variedad de buses abiertos y estándar. 

En este tipo de situaciones, los usuarios determinan qué sistema trabaja mejor y establecen las reglas del mercado. Para control de procesos no para automatización de manufactura que es muy diferente-, los usuarios han hecho su elección (Figura 1). 

Buses para sensores en aplicaciones discretas  

Este tipo de buses de bajo nivel aplica para el manejo de dispositivos simples discretos, también conocidos como on/off. El bus AS-i (Actuator Sensor Interface), permite la comunicación de 4 bits a la vez de cada uno de los dispositivos en el bus. Cada bit corresponde a un canal en el dispositivo e indica su estado de encendido o apagado. Algunos dispositivos AS-i también reportan el estado de sus entradas para fines de diagnóstico.  

Otros buses de sensores usados con cierta frecuencia en la industria son LonWorks y Seriplex. Los dispositivos más comunes en los buses para sensores son interruptores de proximidad, interruptores de nivel, válvulas on-off, solenoides, etcétera. A pesar de que la cantidad de información transmitida es mínima, la velocidad de comunicación es muy alta y los beneficios por la reducción en el cableado son sustanciales. Para el caso de AS-i, existen en el mercado una gran variedad de dispositivos de diversas marcas.  

Buses para dispositivos

Dentro de los buses para dispositivos de nivel medio están sistemas como CAN, ControlNetDeviceNet, y Profibus DP. Este tipo de buses está muy relacionado con el área eléctrica por su conveniencia para el control de motores.  

Estos buses para dispositivos proveen mucho más inteligencia que los buses para sensores y también ofrecen información que normalmente no estaba disponible para el operador, como por ejemplo: consumo de corriente por equipo, temperatura, velocidad, y muchos datos más. Estos buses ofrecen una gran variedad de diagnósticos al sistema de automatización digital.  

En adición a motores y vareadores de velocidad, existen otros sistemas y componentes para estos buses como son: estaciones de operación remota, botoneras, módulos de entrada/salida remota y transmisores análogos. En aplicaciones de automatización discreta, los buses para dispositivos se llegan a usar para enlazar varios subsistemas controlados localmente por PLC.  

En una planta de proceso en donde exista una cantidad considerable de instrumentos discretos, lo más común es comunicar los PLC con los sistemas de control usando interfaces seriales o el mismo bus para dispositivos.  

Buses de campo

El tercer y más alto nivel en los buses maneja dispositivos más complejos relacionados con el control de procesos. De los ocho buses aprobados por la lEC, tres de ellos son usados para el control de procesos: Foundation FieldbusWorldFIP y Profibus PA. 

 De estos buses de campo, el Foundation Fieldbus se distingue por ser el único que permite ejecución de funciones de controlo cálculos en los instrumentos de campo; gracias a esto pueden comunicarse entre sí sin importar la marca, además de reportar al sistema de control digital la información contenida en los mismos, además de sus diagnósticos.  

Algunas de las razones por las cuales el Foundation Fieldbus ha sido el bus de campo más popular son: 

  • Fue diseñado desde su origen para el control de procesos industriales.  
  • Es un estándar aceptado mundialmente. 
  • Es neutral respecto a los proveedores ya que no favorece a ninguna marca. 

Figura 2. Sistema completo que utiliza buses para sensores, buses para dispositivos simples y buses de campo para instrumentación en una configuración jerárquica.  

Debido a la variedad de instrumentación que existe en la mayor parte de la industria de procesos, en muchos casos los usuarios tienen que seleccionar más de un bus de comunicaciones. Por ejemplo, Foundation Fieldbus para control de variables como temperaturas, niveles, flujos, etcétera, más AS-i para el control de válvulas on-off o arrancadores de motores simples. Por esta razón, es recomendable el uso de sistemas de control digitales modernos que permitan el manejo y aprovechamiento directo de la información disponible en la instrumentación inteligente, evitando convertidores de protocolo, los cuales normalmente sólo pasan la información básica contenida en el instrumento.  

Uso de la información

 El acceso a la información abre grandes oportunidades a la operación de plantas mucho más eficientes. Por ejemplo, a una planta que opera continuamente le podría llevar muchas horas o hasta días, con un considerable impacto financiero, el estabilizar nuevamente la operación después de un paro inesperado. Hoy los instrumentos inteligentes nos permiten, gracias a los variados diagnósticos con que cuentan, el reportar automáticamente al departamento de mantenimiento un problema potencial antes de que éste se presente. 

Tan solo para aplicaciones de bus de campo (fieldbus), la lEC (lnternational Electrotechnical Commission) aceptó ocho buses diferentes. Ninguno de estos buses puede comunicarse con los otros, y por lo tanto, es difícil para los usuarios usar una mezcla de ellos y enlazarlos. El usuario debe seleccionar uno de los ocho buses de campo y desarrollar toda su aplicación con éste. 

 

 

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