Sistemas de Control

DEPARTARTAMENTO INSTRUMENTACIÓN Y CONTROL MANUAL

ING. TOMAS LOPEZ VALDEZ

Sistemas de Control.

Panorama del módulo.

En este módulo se presentan los sistemas de control integral que han incidido en la

evolución de las comunicaciones y controladores industriales utilizados en el control de

procesos industriales. Actualmente, las empresas deben hacer frente, entre otros, al reto de

un producto homogéneo, de características similares e idénticas prestaciones y costos. El

reto es insuperable si la empresa no aborda con eficiencia la automatización de sus procesos

productivos; y como dentro del campo de la producción industrial, la automatización ha

pasado de ser una herramienta de trabajo deseable, a una herramienta indispensable para

competir en el mercado globalizado (contrastar con grupos enormes de obreros), es

evidente que ningún empresario toma a la ligera la automatización de sus procesos para

aumentar la calidad de sus productos, reducir los tiempos de producción, realizar tareas

complejas, reducir los desperdicios o las piezas mal fabricadas y, sobre todo, aumentar la

rentabilidad.

Afortunadamente, existen muchos resultados teóricos y prácticos a los que se puede recurrir

para automatizar procesos; por lo que, con este módulo, usted podrá diferenciar los

beneficios de implementar sistemas automáticos, utilizando elementos de los diferentes

controladores y redes de comunicación, de tal forma que se construya el sistema de control

más adecuado, en función de su utilidad y rentabilidad.

Objetivo.

Evaluar las funciones y características de los sistemas de control, a fin de seleccionar el

más adecuado a los procesos industriales en los que labore.



Sistemas de Control Unidad 1.

Automatización Integral.

Introducción.

En esta unidad se introduce el concepto de automatización integral como una necesidad

fundamental para lograr objetivos específicos en los sistemas físicos y de procesos de

producción existentes en la industria.

La automatización integral ha jugado un papel vital en el avance de la ciencia y de la

ingeniería, constituyéndose parte integral e importante de los procesos industriales y de

manufactura modernos, resultando esencial en operaciones industriales, como el control de

presión, temperatura, humedad y viscosidad, y flujo en las industrias de transformación.

Los procesos se controlan con mayor precisión para dar productos más uniformes y de más

alta calidad, mediante la aplicación del control automático, lo cual con frecuencia

representa mayores ganancias. El control automático también tiene grandes ventajas con

ciertas operaciones remotas, peligrosas y rutinarias.

Puesto que el beneficio del proceso es, por lo común, la ventaja más importante que se

busca al aplicar el control automático, la calidad del control y su costo deben compararse

con los beneficios económicos y técnicos esperados del proceso.

Para contextualizar, a continuación se presenta un breve bosquejo histórico de la

automatización integral.



Objetivos.

Distinguir los sistemas de control, sus funciones y características, con el fin de efectuar la selección para un determinado proceso, enfatizando en los niveles de proceso, operación y supervisión de la pirámide de automatización.



Actividad de Inducción

Conteste las siguientes preguntas seleccionando si la afirmación presentada es verdadera o

falsa. Los aciertos le permitirán avanzar.



Temario.

1. Estructura de un sistema de control integral

2. Componentes del nivel de proceso: instrumentos y buses de campo

3. Componentes de los niveles de operación y supervisión

4. Software de operación, configuración y manejo de datos en tiempo real

5. Estándares de redes industriales: conformidad y conectividad

http://www.cuaed.unam.mx/ec/moodle/file.php/28/modulo7_sistemas_de_control/u1/u1_t1_p01.html







Sistemas de Control Unidad 1. Automatización Integral.

Estructura de un sistema de automatización integral.

Objetivos.

Identificar los niveles de automatización en que se desempeña laboralmente, a partir de

las características de su puesto y considerando la pirámide de automatización, los

elementos que componen un sistema de control automatizado y su clasificación.

La automatización de los procesos industriales constituye una herramienta que permite

mejorar la productividad de los procesos, entendiendo ésta como la capacidad de generar

productos con eficiencia y la calidad. El sistema de automatización integral establece la

arquitectura de los sistemas de control para la supervisión y control de los procesos,

estableciéndose lineamientos tecnológicos estándares que son tendencia en el ámbito

internacional.

El sistema de automatización integral pone especial énfasis en la vanguardia tecnológica

disponible en el mercado, así como en las tendencias actuales y futuras de los sistemas de

control, instrumentación, redes informáticas y herramientas de software, teniendo como

propósito fundamental proponer la arquitectura más apropiada y estandarizar la

conectividad de los sistemas digitales de supervisión y control que se sugieren implantar en

cada una de las instalaciones de manejo y distribución de gas y aceite, considerando el uso

de la infraestructura existente en el área de sistemas de medición, adquisición de datos y

los proyectos de automatización en desarrollo.

La incorporación de este tipo de sistemas permite la adquisición confiable y oportuna de la

información generada en los procesos, a través de la instrumentación de procesos y

analítica, los sistemas de supervisión y control; coadyuvando de forma significativa a

elevar y mantener altos niveles de seguridad operacional y protección ambiental,

minimizando costos de operación y mantenimiento, y creando un sistema de soporte para la

toma de decisiones en tiempo real, entre otros aspectos.



En las últimas décadas se ha seguido la tendencia de automatizar de manera progresiva

procesos productivos de todo tipo. Esta tendencia ha sido y sigue siendo posible gracias al

desarrollo y abaratamiento de la tecnología necesaria.

El control automático de procesos es parte del progreso industrial. El uso intensivo de la

ciencia de control automático es producto de una evolución que es consecuencia del uso

difundido de las técnicas de medición y control; su estudio intensivo ha contribuido al

reconocimiento universal de sus beneficios. Los beneficios que persigue el control

automático de las máquinas y de los procesos de producción son:



La estructura de un sistema de automatización se basa en la denominada “Pirámide de

Automatización”; con ella se podrá entender de una mejor forma el concepto relacionado

con la automatización de la planta productiva.

Primero mostraremos de forma general el funcionamiento de un sistema de control, y en la

siguiente figura podemos ver que se tienen tres etapas de abajo para arriba: la primera

contempla los sistema de control, en la parte de en medio vemos cómo funcionan los

procesos con base en la primera etapa, y en la tercera etapa están los sistemas de

producción con software de alto grado de integración, como es el SAP (Utilice la caja de

herramientas 1 para definiciones y terminología empleada en este tema).



En la parte central podemos apreciar que de los sistemas de automatización se tiene una

medición, la cual será evaluada, se hará un plan y programará de acuerdo a lo que se

requiera en el proceso, y se ejecutarán las ordenes operativas, pero para realizar la

ejecución se requiere de los sistemas de control, y para realizar un plan se podrán analizar

todos los datos desde un sistema de información de alto grado.

La pirámide de automatización cuenta con cinco niveles:

Un aspecto que es importante resaltar es el hecho de que el flujo de información es filtrado

de acuerdo con los requerimientos de cada uno de los niveles de la pirámide de

automatización, mientras que la toma de decisiones se encuentra en los niveles superiores.

Por otro lado, para garantizar el flujo real de información entre los diferentes niveles de la

"Pirámide de Automatización", es importante que la infraestructura de automatización

(hardware y software) sea implementada mediante un marco normativo que regule y

estandarice sus especificaciones técnicas particulares.

Después de haber revisado de forma general cómo funciona un sistema de control integral,

veremos la pirámide de automatización, así como los niveles que la componen. Usted

pueda consultar la caja de herramientas 1 para encontrar algunas definiciones.



Es importante remarcar que los niveles de la pirámide de automatización están constituidos

por equipos, sistemas y herramientas de software que cumplen con las características de los

sistemas de arquitectura abierta, que son: la portabilidad e interoperabilidad, definidos en

las diferentes capas del modelo OSI (Open System Interconnection) de la International

Standard Organization (ISO).

El uso de las computadoras analógicas y digitales ha posibilitado la aplicación de ideas de

control automático a sistemas físicos que hace apenas pocos años eran imposibles de

analizar o controlar.

Para poder entender la estructura de un sistema de control integral, comenzaremos por

definir qué es un sistema de control automático.

¿Qué es un sistema de control automático?

Los sistemas de control automático son sistemas que, al recibir una señal de entrada,

realizan alguna función de forma automática sin la intervención de las personas; juega un

papel fundamental en los sistemas y procesos tecnológicos modernos. El control automático

estudia los modelos matemáticos de sistemas dinámicos llamado controlador. Los

conocimientos de esta disciplina se aplican para controlar procesos químicos, mecánicos,

eléctricos o biológicos, todo tipo de maquinaría industrial, vehículos terrestres y

aeroespaciales, robots industriales, plantas generadoras de electricidad y otros.

El control automático es el mantener un valor deseado para una cantidad o condición física,

midiendo el valor actual, comparándolo con el valor de referencia, y utilizando la diferencia

Es necesaria la comprensión del principio del control automático en la ingeniería moderna,

por ser su uso tan común, como el uso de los principios de electricidad o termodinámica,

siendo, por lo tanto, una parte de primordial importancia dentro de la esfera del

conocimiento de ingeniería. También son tema de estudio los aparatos para control

automático, los cuales emplean el principio de retroalimentación para mejorar su

funcionamiento.



para proceder a reducirla. En consecuencia, el control automático exige un lazo cerrado de

acción y reacción que funcione sin intervención humana.



Podemos encontrar sistemas de control automático en nuestra cotidianidad, desde la nevera

hasta el sistema de control de combustión electrónica de los automóviles, así como en

nuestro propio cuerpo: control de la temperatura corporal, presión arterial, equilibrio. El

simple acto de señalar con el dedo es un sistema de control. Ahora bien, su aplicación

requiere de varias tecnologías, como la informática, la eléctrica, la electrónica y las

comunicaciones; también exige buena fundamentación matemática y conocimientos del

proceso a controlar.

Pensemos, por ejemplo, en un sistema de control destinado a verificar la temperatura en una

habitación: la temperatura es la magnitud variable que queremos controlar, y para regularla

hay que aplicar una señal de entrada al sistema de calefacción; como resultado se alcanza

un determinado valor en la temperatura de la habitación que constituye la señal de salida

del sistema.



Un sistema de control eficaz debe estar diseñado en función de la estrategia y estructura de

la empresa, y estar de acuerdo con las características de ambas. El control es fundamental

para asegurar que todas y cada una de las actividades de una empresa se realicen de la

forma deseada y contribuyan a la consecución de los objetivos globales, por lo que la

formulación de estos objetivos globales ligados a la estrategia es el punto de partida del

proceso de control.

Asimismo, la formulación de la estrategia y el diseño de la estructura permiten determinar

objetivos específicos para cada uno de los centros de responsabilidad, debiendo cada uno de

ellos tomar decisiones coherentes con los objetivos globales.

Otro aspecto a considerar es que el sistema de control debe, asimismo, suministrar

información que permita elaborar la estrategia (planificación estratégica), así como conocer

si la estrategia y estructura diseñadas son adecuadas (control estratégico), permitiendo

evaluar la actuación de los diferentes responsables.

Cabe destacar que un buen sistema de control no puede suplir las insuficiencias de la

estrategia y de la estructura. No obstante, éstas pueden suplir la necesidad de un sistema de

control muy formalizado; por ejemplo, en el caso de actividades de difícil formalización,

como las de los departamentos de investigación y desarrollo, la coordinación e

interdependencia suplen la necesidad de un sistema de control.



Se define un sistema (máquina o proceso) automatizado como aquel capaz de reaccionar de

forma automática (sin la intervención del operario) ante los cambios que se producen

en el mismo, dando lugar a las acciones adecuadas para cumplir la función para la que ha

sido diseñado.

La figura muestra la estructura típica de un sistema automatizado:

Como se observa, se trata de un sistema en lazo cerrado, en donde la información sobre los

cambios del proceso, captada por los sensores, es procesada por el sistema de control,

dando lugar a las acciones necesarias que se implementan físicamente sobre el proceso, por

medio de los actuadores. Este sistema de control se comunica eventualmente con el

operador, recibiendo de éste consignas de funcionamiento (marcha, paro, cambio de

características de producción, etc.), y comunicándole información sobre el estado del

proceso (para la supervisión del correcto funcionamiento). (Consulte la caja de

herramientas 2 para complementar este tema.)



Los elementos de un sistema de control automático son:



El sensor y el comparador han de tener una respuesta rápida, de forma que el tiempo

transcurrido desde que se detecta un cambio hasta que se actúa, en consecuencia sea el

mínimo posible.

Como se puede apreciar en los elementos de un sistema de control, podemos considerar una

señal de entrada que actúa sobre el mismo, y una señal de salida proporcionada por el

sistema, según el siguiente esquema:

El sistema de control lo constituye normalmente un equipo electrónico programable

(PLC´s, SCD, en la mayoría de casos un autómata programable industrial), que se programa

para que active y desactive los actuadores en los momentos adecuados en función de las

señales de los sensores. Un sistema está integrado por una serie de elementos que actúan

conjuntamente y que cumplen un cierto objetivo. Los elementos que componen un sistema

no son independientes, sino que están estrechamente relacionados entre sí, de forma que las

modificaciones que se producen en uno de ellos pueden influir en los demás.



Ahora veremos cómo funciona un sistema de control automático.

Función del control automático

La idea básica de lazo realimentado de control es más fácilmente entendida, imaginando

qué es lo que un operador tendría que hacer si el control automático no existiera

En la figura se muestra una aplicación común del control automático, encontrada en

muchas plantas industriales, un intercambiador de calor que usa calor para calentar agua

fría. En operación manual, la cantidad de vapor que ingresa al intercambiador de calor

depende de la presión de aire hacia la válvula que regula el paso de vapor. Para controlar la

temperatura manualmente, el operador observaría la temperatura indicada, y al compararla

con el valor de temperatura deseado, abriría o cerraría la válvula para admitir más o menos

vapor. Cuando la temperatura ha alcanzado el valor deseado, el operador simplemente

mantendría esa regulación en la válvula, para mantener la temperatura constante. Bajo el

control automático, el controlador de temperatura lleva a cabo la misma función. La señal

de medición hacia el controlador desde el transmisor de temperatura (o sea el sensor que

mide la temperatura) es continuamente comparada con el valor de consigna (set-point en

Inglés) ingresado al controlador. Basándose en una comparación de señales, el controlador

automático puede decir si la señal de medición está por arriba o por debajo del valor de



consigna, y mueve la válvula de acuerdo a esta diferencia hasta que la medición

(temperatura) alcance su valor final.

Como ya hemos venido exponiendo, de los sistemas de control podemos notar que siempre

se distinguen o clasifican, por lo que ahora veremos la clasificación de los sistemas de

control.

Clasificación de los sistemas de control

Los sistemas de control se clasifican en sistemas de lazo abierto y a lazo cerrado. La

distinción la determina la acción de control, que es la que activa al sistema para producir la

salida.



Para ilustrar estos sistemas de control veremos dos ejemplos:

Debido a que uno de los elementos importantes de un sistema de control automático es el

controlador o regulador, y que es el que se encarga de realizar acciones, se analizarán los

tipos de lazos que existen y sobre los cuales el controlador ejercerá una acción.

Generalmente se utilizan con mayor frecuencia los lazos cerrados, debido a que la salida



será comparada con la entrada al sistema, de manera que el controlador hará los ajustes

necesarios para mantener las condiciones de operación.

El lazo de control realimentado simple sirve para ilustrar los cuatro elementos principales

de cualquier lazo de control.

La medición debe ser hecha para indicar el valor actual de la variable controlada por el

lazo. Mediciones corrientes usadas en la industria incluyen caudal, presión, temperatura,

mediciones analíticas, tales como pH, conductividad y muchas otras particulares específicas

de cada industria.

Lazo cerrado (Retroalimentado)



Retroalimentación es la propiedad de un sistema de lazo cerrado, que permite que la salida

(o cualquier otra variable controlada del sistema) sea comparada con la entrada al sistema o

con una entrada a cualquier componente interno del mismo con un subsistema, de manera

tal que se pueda establecer una acción de control apropiada, como función de la diferencia

entre la entrada y la salida.

El El concepto de retroalimentación está claramente ilustrado en el mecanismo de un avión

del piloto automático: La entrada es la dirección especificada que se fija en el

tablero de control del avión, y la salida es la dirección instantánea determinada por los

instrumentos de navegación automática. Un dispositivo de comparación explora

continuamente la entrada y la salida; cuando los dos coinciden, no se requiere acción de

control. Cuando existe una diferencia entre ambas, el dispositivo de comparación

suministra una señal de acción de control al controlador, o sea al mecanismo de piloto

automático. El controlador suministra las señales apropiadas a las superficies de control del

avión, con el fin de reducir la diferencia entre la entrada y la salida. La realimentación se

puede efectuar por medio de una conexión eléctrica o mecánica que vaya desde los

instrumentos de navegación que miden la dirección, hasta el dispositivo de comparación.

Los rasgos más importantes que la presencia de retroalimentación imparte a un sistema son:

Más generalmente se dice que existe retroalimentación en un sistema, cuando existe una

secuencia cerrada de relaciones de causa y efecto entre las variables del sistema.



Si tiene alguna duda en cuanto a algunos términos, consulte la caja de herramientas No. 2

Dos ejemplos de sistemas de control automático en los que se ve claramente su función y

elementos que lo componen son los siguientes:

http://www.cuaed.unam.mx/ec/moodle/file.php/28/modulo7_sistemas_de_control/herramientas/caja_02.html



En esta figura podemos apreciar que se tiene una válvula directamente conectada a un

control de nivel en un tanque. A medida que el nivel del tanque se eleve, el sensor de nivel

detectará y mandará cerrar la válvula a través del sistema de control, y cuando el nivel baje,

éste regulará la apertura de la válvula para mantener el nivel deseado.

En este ejemplo podemos ver dos lazos que forman nuestro sistema de control. La manera

en que funciona el primer lazo es que cuando el detector de botella detecta la ausencia de

una botella, manda una señal que acciona el motor hasta que detecta una botella, y en ese

momento para el motor de la banda transportadora. En el segundo lazo la entrada es el

detector de nivel del líquido, que cuando no detecta el nivel del líquido deseado, abre la

válvula hasta que el nivel esté en el valor fijado y cierra la válvula.

En este tema se han descrito los sistemas de control automático, sus elementos,

clasificación y la manera en que funcionan. Debe tener en cuanta que para alcanzar el

control automático, el lazo de control deberá estar cerrado.



Actividad de aprendizaje 1.

Es importante que distingamos los sistemas de control de lazo cerrado y lazo abierto; esto

nos sirve para saber la acción del control existente en un sistema, la estabilidad de un

sistema y si se medirá la acción tomada en el control.

Reflexione acerca de las siguientes situaciones; piense en el funcionamiento de cada uno de

los artefactos y deduzca si existe un sistema de control en lazo abierto o en lazo cerrado en

cada caso.


Es importante que conozca los niveles de la pirámide de automatización y de qué elementos

está conformado cada nivel, ya que los sistemas de control se basan en dicha pirámide.

Cada uno de los números representa un nivel de la pirámide de automatización. Conteste el

siguiente cuestionario, seleccionando el número del nivel al que corresponda cada uno de

los elementos enlistados.



Actividad de aprendizaje 3

En nuestro ámbito laboral siempre utilizamos la pirámide de automatización, la cual nos

ayuda a comprender lo relacionado a la planta productiva y a filtrar adecuadamente el flujo

de información de nuestra planta o proceso.

¿Sabe usted en qué nivel de la pirámide de automatización se encuentra su puesto de

trabajo?

Reflexione en torno a esto a partir de las funciones que cumple y las actividades que

realiza. En un procesador de textos mencione el nombre de su puesto de trabajo y describa

brevemente sus funciones y las actividades y, con base en ello, identifique el nivel en que

se ubica dentro de la pirámide.

Evaluación

Seleccione la opción que responda correctamente a cada pregunta.

Pulse el botón Comenzar para contestar las preguntas; una vez que concluya pulse el botón

Enviar todo y terminar.

Mientras no presione este botón, ninguna de sus respuestas habrá sido guardada, por lo

tanto puede revisar y cambiar sus respuestas las veces que quiera antes de presionar dicho

botón.



Fuentes de información.

Stephanopoulos, G. (1984), Chemical Process Control. An introduction to theory

and practice, Ed. Prentice -Hall, Inc.

Smith,Carlos A. ; Corripio, Armando B. (1994), Control Automático de Procesos.

Teoría y Práctica, Ed. Limusa

Ogata, Katsuhiko (1993), Ingeniería de Control Moderna, Ed. Prentice-Hall Inc., 2ª

Edición

Creus,Antonio (1987), Simulación y Control de Procesos por Ordenador, Ed.

Marcombo

Sitios Electrónicos

Control Automático, Generalidades, (Diciembre 2008). Disponible en

http://www.biblioteca.uson.mx/digital/tesis/docs%5C18834%5CCapitulo1.pdf

Electrónica Industrial y Controles (TEEL 2061-001), (Enero, 2009). Disponible en

http://www1.uprh.edu/clguve/Industrial/conferencias/contruno.pdf

Introducción a la regulación de sistemas. GeoCities (febrero, 2009). Disponible en

http://es.geocities.com/jeeesusmeeerino/procesos/introduccion/introduccion.ht

ml

Introducción a los sistemas de control por computador), (Enero, 2009). Disponible

en

http://www.des.udc.es/~luis/scc/transparencias/SCC_Tema1.pdf

http://www.biblioteca.uson.mx/digital/tesis/docs%5C18834%5CCapitulo1.pdf

http://www1.uprh.edu/clguve/Industrial/conferencias/contruno.pdf

http://es.geocities.com/jeeesusmeeerino/procesos/introduccion/introduccion.html

http://es.geocities.com/jeeesusmeeerino/procesos/introduccion/introduccion.html

http://www.des.udc.es/~luis/scc/transparencias/SCC_Tema1.pdf



Actividad Integradora

De acuerdo a lo visto en esta unidad, y para conocer los diferentes sistemas de control y su

entorno, realizaremos la siguiente actividad.

Revise detenidamente el siguiente esquema y de acuerdo a lo estudiado en la unidad, elija

la opción que conteste a las preguntas del cuestionario.





botón.



Sistemas de Control Unidad 1. Automatización Integral

Componentes del nivel de proceso: instrumentos y buses de campo.

Objetivos.

Identificar la importancia de la instrumentación en los sistemas de control,

considerando su función y clasificación.

Reconocer las posibles aplicaciones de los buses de campo, a partir de sus

principales características y las funciones que cumplen en los sistemas de control.

En este tema hablaremos del primer nivel de la pirámide de automatización, que es el nivel

de proceso, el cual contiene los instrumentos y buses de campo existentes. Para ello

comenzaremos definiendo instrumentación.

Instrumentación es el grupo de elementos que sirven para medir, controlar o registrar

variables de un proceso, con el fin de optimizar los recursos utilizados en éste.

Instrumentación industrial son los equipos con una construcción robusta y que son

empleados en la medición, regulación, observación, ofrecen seguridad, etc., de las variables

que participan en un proceso productivo.

Las funciones que realizan de los instrumentos industriales son:

a) Sensar o captar una variable.

b) Acondicionar una variable dada.

c) Trasmitir una variable.

d) Controlar una variable.

e) Indicar la magnitud de una variable.

f) Totalizar una variable.



g) Registrar una variable.

h) Convertir una variable.

i) Alarmar por magnitud una variable.

j) Interrumpir o permitir una secuencia dada.

k) Trasmitir una señal.

l) Amplificar una señal.

m) Manipular una variable del proceso.

El instrumento más conocido y utilizado es el reloj, el cual nos sirve para controlar el uso

eficaz de nuestro tiempo.

En otras palabras, la instrumentación es la ventana a la realidad de lo que está sucediendo

en determinado proceso, lo cual servirá para determinar si el mismo va encaminado hacia

donde deseamos, y de no ser así, podremos usar la instrumentación para actuar sobre

algunos parámetros del sistema, y proceder de forma correctiva.

La instrumentación es lo que ha permitido el gran avance tecnológico de la ciencia actual

en casos tales como: los viajes espaciales, la automatización de los procesos industriales y

muchos otros de los aspectos de nuestro mundo moderno, ya que la automatización sólo es

posible a través de elementos que puedan sensar lo que sucede en el ambiente, para luego

tomar una acción de control pre-programada que actúe sobre el sistema para obtener el

resultado previsto.

Características de los instrumentos.

De acuerdo con las normas SAMA (Scientific Apparatus Makers Association), PMC20, las

características de mayor importancia para los instrumentos son:



Clasificación de los instrumentos.

Clasificar los instrumentos industriales implica entrar a un tema muy amplio, ya que se

requiere un conocimiento tanto teórico como práctico en la aplicación industrial de estos

equipos.

Pero existen dos formas de clasificar los instrumentos en forma breve y explícita, las cuales

son:

1. De acuerdo a su función en el proceso.

2. De acuerdo a la variable de proceso que miden.

Este modo de clasificarlos no es necesariamente el único, pero se considera bastante

completo.



De acuerdo a su función estos son:



La clasificación de acuerdo a la variable del proceso que miden, como su nombre lo indica,

se referirá a la variable de proceso que tratemos de medir. En la actualidad, se pueden

medir, casi sin excepción, todas las variables de proceso existentes; sin embargo, algunas se

medirán de forma directa y otras indirectamente. Como ejemplo de variables de proceso

que se pueden medir se tiene:

Temperatura

Nivel

Presión

Conductividad

pH

Tensión eléctrica

Potencia eléctrica

Rpm

Posición

Intensidad luminosa, etc



En el nivel de proceso de la pirámide de automatización, la instrumentación de campo permite

medir y supervisar las condiciones de operación en las que se encuentra nuestro proceso,

controlarlas y realizar las acciones necesarias para mantener los procesos.

Generalmente los sistemas automáticos se ponen en marcha según los datos que reciben del

entorno, mediante unos dispositivos llamados sensores o captadores.



Si bien la instrumentación podría considerarse como externo al sistema de control, su

definición es clave. Puede utilizarse instrumentación tradicional alambrada, en cuyo caso

las señales análogas normalmente estarán en un rango de 4 a 20 mA; o pueden utilizarse lo

que se llama buses de campo. En ese caso, toda la instrumentación se comunica al

PLC/DCS a través de buses de comunicación digital; esto hace posible que pueda rescatarse

del instrumento mucha más información, además, a través de los buses de campo se pueden

realizar todas las funciones de configuración y sofisticadas funciones de diagnóstico. Por

ello, ahora estudiaremos los buses de campo.

Buses de Campo.

El bus de campo es un sistema de comunicaciones digital, (que puede ser: bi-direccional,

multidrop, etc.) designados a la comunicación de redes industriales para interconectar la

instrumentación y sistemas de control de plantas industriales. Es un término genérico que

engloba numerosos tipos de buses de campo actualmente disponibles en el mercado.



Un bus de campo es un sistema de transmisión de información (datos) que simplifica

enormemente la instalación y operación de máquinas y equipamientos industriales

utilizados en procesos de producción. Se trata de una red en donde el tipo de información

que se intercambia corresponde a datos simples (bits) con el estado de sensores, actuadores

o un poco más compleja (bytes) con información de diagnóstico de dispositivos, valores de

variables analógicas, configuración de dispositivos, etc. Por lo general, la información viaja

en forma ascendente, es decir, desde el elemento de campo hacia un sistema de control.

A continuación describimos las características y beneficios de los buses de campo:



Los buses de campo con mayor presencia en el área de control y automatización de

procesos son:

1. Analógico 4-20mA

2. HART

3. Profibus

4. Fieldbus Foundation

5. ControlNet

6. DeviceNet

7. Modbus

En las siguientes pantallas nos ocuparemos de cada uno de los buses enlistados.

Analógico de 4-20 mA.

Aunque este no es un bus de campo, mencionaremos el Analógico de 4-20mA como un

breve recordatorio.



La señal de 4-20 mA ha sido la tecnología tradicionalmente utilizada para comunicar la

instrumentación de campo con los sistemas de control y adquisición de datos (PLC, SCD,

etc.). Es un protocolo de comunicación analógica. Este tipo de instrumentos tiene el

inconveniente de que requiere tendido de cable por cada uno de ellos y un módulo

analógico de entrada, incrementando significativamente los costos de instalación y

mantenimiento.

Este tipo de instrumentos proporcionan un valor eléctrico en el rango de 4 a 20 mA,

proporcional a la variable medida, pero son útiles y recomendados en aplicaciones críticas,

tanto de proceso como de seguridad.

La siguiente figura muestra el esquema conexión, en el cual el transmisor y la carga (RL)

pueden intercambiar su posición en el circuito serie. La carga resistiva puede ser hasta de

1200.



A continuación mostraremos una red tradicional de 4-20mA, en donde se utilizan módulos

en los cuales cada dispositivo debe ser conectado a cada uno de los canales del módulo, y la

señal trasmitida desde el dispositivo al módulo es analógica.

Puede ser utilizado con eficacia detectar los circuitos abiertos en un sistema de control.

Hart (analógico / digital).

Las especificaciones del protocolo Hart (Highway Addresable Remote Transducer) definen

la forma física de transmisión, la estructura del mensaje, el formato de los datos y la

colocación o ajuste de los comandos. Hart es usado en diversos esquemas de

automatización, aplicable a todo tipo de industrias, incluyendo la química, refinación, pulpa

y papel, alimenticia, farmacéutica e instalaciones terrestres y marinas de producción de

hidrocarburos. Los instrumentos con estándar Hart pueden ser usados para sustituir

instrumentos convencionales que transmiten con señal analógica de 4 a 20 mA.

El protocolo Hart no cumple con las normas IEC (International Electrotechnical

Commision), ni las ANSI (American National Standars Institute), porque no es un

protocolo totalmente digital; sin embargo, es aceptado y usado indistintamente por un gran

número de fabricantes.



Tiene como característica principal el uso de un canal de frecuencia denominado Bell 202

FSK (Frequency Shift Keying), mediante el cual se sobrepone una señal digital de

bajo nivel a la señal analógica y ambas son transmitidas por un mismo par de cables

conectados entre los sistemas centrales de control y los dispositivos de medición y

transmisión de campo. El protocolo Hart agrupa la información digital sobre la señal

analógica típica de 4 a 20 mA DC. La señal digital usa dos frecuencias individuales de

1200 y 2200 Hz, que representan los dígitos 1 y 0 respectivamente y que en conjunto

forman una onda sinusoidal que se superpone al lazo de corriente de 4-20 mA. Como la

señal promedio de una onda es cero, no se añade ninguna componente de DC a la señal

analógica de 4-20mA, lo que permite continuar utilizando la variación analógica para el

control del proceso.

Esta selección de señales de frecuencia y velocidades de transmisión está regida por el

estándar americano “Bell 202”, perteneciente al grupo de envío de información digital en

redes telefónicas. El protocolo Hart permite la comunicación bi-direccional con

instrumentos inteligentes, sin perturbar la señal analógica de 4-20mA. Ambas señales, la



analógica 4-20mA y las señales de comunicación digital HART, pueden ser transmitidas

simultáneamente sobre el mismo cable. El éxito de este protocolo y la aceptación obtenida

en el entorno industrial se debe a las ventajas que ofrece al usuario y a su fácil

implementación sobre los sistemas de control existentes basados en 4-20mA.

El protocolo Hart permite la comunicación digital en los dos sentidos, de forma que es

posible enviar información adicional a la variable de proceso transmitida hacia o desde un

instrumento de campo inteligente. La variable de proceso es portada por la señal

analógica, mientras que mediante la comunicación digital se accede a medidas adicionales,

parámetros de proceso, configuración de instrumentos, calibración e información de

diagnostico, que mediante el protocolo Hart viaja sobre el mismo cable y simultáneamente

a la señal analógica. Esto supone una gran ventaja a la hora de implantar esta tecnología de

comunicación digital, frente a otras tecnologías digitales, ya que es compatible con los

sistemas existentes. El protocolo Hart utiliza conexión de par trenzado y maneja 15

dispositivos por segmento; su rango de transmisión es de 1.2kbps y el tipo de comunicación

es Maestro/Slave.



Profibus.

Profibus (Process Field Bus) es un bus de campo estándar que acoge un amplio rango de

aplicaciones en fabricación, procesado y automatización.

Con el protocolo Profibus los componentes de distintos fabricantes pueden comunicarse sin

necesidad de ajustes especiales en las interfaces. Puede ser usado para transmisión crítica

de alta velocidad y para tareas de comunicación extensas y complejas.

Algunas de las características más sobresalientes de estas versiones se exponen a

continuación:

Existen tres perfiles:



Ventajas e importancia de Profibus:

1. Control más rápido de los procesos, debido al procesamiento en paralelo de pequeños

programas.

2. Puestas en marcha más sencillas y rápidas, debido a la posibilidad de prueba o

verificación individual.

3. Ventajas del proceso distribuido ante la caída de una estación (Alta Disponibilidad).

Las ventajas más importantes de Profibus, comparado con otros buses de campo, son la

existencia de una norma estable EN 50 170 y sus características universales, que cubren

una amplia gama de aplicaciones en fabricación, procesado y automatización de procesos.



Estructura de la red o Medio físico de Profibus.

La tecnología de transmisión más usada es la RS 485, conocida habitualmente como H2. Su

área de aplicación comprende aquellas aplicaciones en donde prima su simplicidad, la

velocidad de transmisión y lo barato de la instalación. Se usa un par diferencial con cable

trenzado, previsto para comunicación semi-duplex, aunque también puede implementarse

con fibra óptica y enlaces con estaciones remotas vía módem o vía radio.

Foundation Fieldbus.

Foundation Fieldbus (FF) es un sistema de comunicación totalmente digital, que

interconecta dispositivos de campo, sensores y actuadores, con equipos de control, para

conformar una red de área local, con la capacidad de distribuir las funciones de control a

través de la red, es decir, los instrumentos pueden realizar acciones de control mediante

bloques de función residentes. El sistema Fieldbus reemplaza al sistema paralelo por una

conexión serial, por tener una razón costo-eficiencia mejor, al tener en cuenta factores

como costo de instalación y tiempo. El bus de campo permite, mediante un único bus de

conexión serial, la interconexión de todos los niveles de la red. Requiere de señales binarias

secuenciadas de un nodo transmisor a otro receptor, en una forma establecida llamada

protocolo, en donde se especifican errores, banderas, direcciones, identificadores, etc. y

puede ser enviada de dos formas:

Como una señal cuadrada, para utilizarse con los puertos RS-232, RS-422, RS-485,

que están normalizados.

Como una señal modulada, con una frecuencia para un cero y otra para un uno. Esta

transmisión es ventajosa para grandes distancias, ya que al ser modulada, la

atenuación se contrarresta con amplificadores casi a tiempo real, pero presenta

como desventaja, que se deben colocar interfaces a la entrada de las unidades para

obtener las señales cuadradas, incrementando costos.



Los dispositivos “fieldbus” no deben ser llamados dispositivos “smart”, debido a que no

realizan las mismas funciones. Un dispositivo fieldbus es un sistema completo, con las

funciones de control distribuidas en los equipos de campo, como se observa en la figura,

permitiendo la operación desde un cuarto de control y utilizando la comunicación digital, la

cual permite el cambio remoto de la configuración, de la calibración, etc.

Otros protocolos ampliamente usados, aunque de menor alcance, son Modbus, DeviceNet y

ControlNet; revisemos las características principales de cada uno de ellos.



Modbus.

Modbus es un protocolo de comunicaciones basado en la arquitectura maestro/esclavo o

cliente. Las razones por las cuales el uso de Modbus es superior a otros protocolos de

comunicaciones, son:

1. Es público.

2. Su implementación es fácil y requiere poco desarrollo.

3. Maneja bloques de datos sin suponer restricciones.

Modbus permite el control de una red de dispositivos; por ejemplo, un sistema de medida

de temperatura y humedad, y comunicar los resultados a una computadora. Modbus

también se usa para la conexión de una computadora de supervisión con una unidad remota

(RTU) en sistemas de supervisión adquisición de datos (SCADA), con la finalidad de

obtener datos de campo para la supervisión y control de un proceso. La Interfaz de Capa

Física puede estar configurada en: RS-232, RS-422, RS-485. Existen versiones del

protocolo Modbus para puerto serie y Ethernet (Modbus/TCP).

En Modbus los datos pueden intercambiarse en dos modos de transmisión con diferentes

representaciones numéricas de los datos y detalle del protocolo; éstas son:



DeviceNet

DeviceNet es una red abierta y de comunicación de bajo nivel, adecuada para conectar

dispositivos industriales simples, como sensores fotoeléctricos, sensores magnéticos,

pulsadores, interruptores de fin de carrera, botones pulsadores, variadores de frecuencia,

etc. a una red y eliminar costoso cableado. Provee información adicional sobre el estado de

la red, cuyos datos serán desplegados en la interfaz del usuario. La red DeviceNet conecta

los dispositivos de bajo nivel directamente a los controladores en la planta, sin la necesidad

de cablearlos a los módulos de E/S. La red de derivaciones múltiples de 64 nodos le

permite usar un solo cable para conectar los dispositivos a una distancia de hasta 500 m

(1641 pies) a su controlador programable, en vez de cablear cada dispositivo a un chasis de

E/S. El máximo de dispositivos de la red es de 2048; maneja un rango de transmisión de

500Kbps y la comunicación puede ser punto a punto, multi-maestro o Maestro/Esclavo.



Hay dos tipos de medios físicos Devicenet:



ControlNet.

ControlNet es una red abierta, que proporciona un ancho de banda para E/S, enclavamiento

en tiempo real, mensajes entre dispositivos similares y programación en el mismo vínculo.

Su naturaleza determinista ayuda a asegurar el envío de los datos. Su rendimiento repetible

no cambia cuando se añaden o eliminan dispositivos de la red.

ControlNet permite que todos los nodos de la red tengan acceso simultáneo a los mismos

datos a partir de una sola fuente. Asimismo, proporciona eficiencia, ya que los datos se

producen una sola vez, independientemente del número de consumidores, y una

sincronización precisa, puesto que los datos llegan a todos los nodos simultáneamente.

¿Cuáles son los medios físicos de ControlNet?

Los componentes del cableado ControlNet proporcionan flexibilidad en el diseño de una

red de comunicación para una aplicación concreta. Una red ControlNet típica consta de uno



o más de los siguientes componentes: cables troncales, tomas, repetidores, terminaciones y

puentes. El cable troncal ControlNet es el bus o parte central del sistema. Puede usarse

cableado coaxial o de fibra. La decisión se basa en los factores ambientales asociados con

la aplicación y el lugar de instalación.

En este tema se ha presentado la instrumentación industrial, que se ocupa en los sistemas de

control, y que ésta se implementará a través de buses de campo, que son los encargados de

realizar la comunicación entre sensores, actuadores y controladores. Se presentaron las

características funcionales de los Buses de Campo, que ayudarán a los profesionistas para

encontrar soluciones racionales y encaminadas para los problemas de comunicación a los

niveles de producción.


En todo proceso industrial se tiene instrumentación que realizará las mediciones o recibirá

las acciones de un controlador, por lo que es importante que sepamos sus funciones y los

medios de comunicaciones existentes.



De acuerdo con lo revisado en este tema, seleccione la opción que responda correctamente

a cada pregunta.


La comunicación entre los instrumentos y los controladores es muy importante para

cualquier sistema de control, ya que de esto dependerá la transmisión de información entre

ellos. Por tal motivo, realizaremos la siguiente actividad para reafirmar los conocimientos y

características de cada bus de campo.

Observe la siguiente arquitectura, indique los buses de campo y conteste las preguntas.




Muchos de los buses de campo o protocolos tienen características que nos ayudan a

distinguir uno de otro, las cuales debemos tener presentes para una buena selección de bus

de campo; para ello realice la siguiente actividad.

Descargue el cuadro comparativo Características de los buses de campo y complételo

de acuerdo con la información revisada en el tema y las fuentes de consulta sugeridas.

Evaluación

Debido a que la instrumentación y los buses de campo corresponden a la primera etapa en

la pirámide de automatización, es necesario que conozcamos su funcionalidad.

Elija la opción que responda a cada una de las preguntas del cuestionario.



Fuentes de información

Antoni Manuel et al. (2001) Instrumentación virtual. Adquisición, procesado y

análisis de señales, 1ª Ed. Edicions UPC.

F. Giamarchi (2000), Robots móviles, 1ª Ed. Paraninfo

Justo Carracedo Gallardo (1988), Redes Locales en la Industria, Marcombo

Boixareu Editores

Morcillo P., Cocera J. (2000), Comunicaciones Industriales, Paraninfo


HART (Diciembre 2008). Disponible en

http://plantweb.emersonprocess.com/university/Library_Downloadable_Cours

es.asp#net

FOUNDATION fieldbus (Diciembre 2008). Disponible en


es.asp#net

Redes para la automatización de procesos (Diciembre 2008). Disponible en


es.asp#net

REDES DE COMUNICACIONES INDUSTRIALES Edwuis Romero, (Noviembre

2008). Disponible en

http://neutron.ing.ucv.ve/revista-e/No4/RCI.html

MODBUS APPLICATION PROTOCOL SPECIFICATION, (Noviembre 2008).

Disponible en

http://www.modbus.org/docs/Modbus_Application_Protocol_V1_1b.pdf

http://plantweb.emersonprocess.com/university/Library_Downloadable_Courses.asp#net






http://neutron.ing.ucv.ve/revista-e/No4/RCI.html

http://www.modbus.org/docs/Modbus_Application_Protocol_V1_1b.pdf




Componentes de los niveles de operación y supervisión.

Objetivos.

Identificar los componentes de los niveles de operación y los de supervisión,

considerando las funciones y características de cada uno.

En este tema abarcaremos los niveles dos y tres de la pirámide de automatización, que son

Estación (llamado también Operación) y Supervisión. En la parte de Estación se hablará de

forma general de los PLC, Sistemas de Control Distribuido, Sistemas SCADA y Sistemas

Híbridos. En la parte de supervisión se abordarán los equipos de cómputo, los cuales operan

con software dedicados para integrar la información del primer nivel de la pirámide de

automatización.

Para automatizar un proceso es indispensable la adecuada selección de un equipo de

control; dos objetivos fundamentales que se persiguen con la automatización son reducir

significativamente los costos de operación y mantenimiento, y elevar la calidad de la

producción. Para la adecuada automatización de los procesos industriales, y en específico la

de las instalaciones de producción de la industria petrolera, es indispensable realizar la

correcta selección del equipo de control, de entre los dos grandes grupos: SCD y PLC.

Los sistemas que se encuentran disponibles en el mercado y/o en una planta, y se utilizan

para mantener, controlar, monitorear las actividades de operación de la misma, comprenden

los sistemas de control supervisorio (DCS, SCADA), control básico y, por último, un

sistema de salvaguarda (PLC, FSC, etc.), dispuestos para reaccionar en situaciones de

protección y seguridad en función de la planta.

Aunque la filosofía de distribuir el control fue desarrollada inicialmente por los fabricantes

de equipo SCD, han sido los fabricantes de PLC´s quienes han evolucionado



con mejor visión sus productos, a fin de cubrir los requerimientos de control de procesos y

compartir la información que aquí se genera con los niveles gerenciales de la empresa; esto

lo han logrado desarrollando mejores dispositivos de E/S y sistemas de comunicación de

alta velocidad, a fin de proporcionar las variables de proceso en tiempo real y, con ello,

coadyuvar a la toma de decisiones más adecuadas para la empresa. Asimismo, han

incrementado el número de funciones en el software empleado para el control de procesos

y han adicionado la opción de comunicarse en red, incluso a través de internet,

simplificando la integración de los sistemas de control, y proporcionando mayor poder en

pequeñas unidades de hardware a un bajo costo.

A continuación se presentan los principales componentes del nivel de estación. Se trata de

dispositivos digitales que efectúan tareas de control y automatización, por lo que se les

denomina controladores. En seguida se describe brevemente cada uno de ellos.



El control supervisorio de los sistemas antes mencionados es desempeñado por el operador,

quien debe conocer ampliamente el sistema de control. El nivel de supervisión en la

Pirámide de Automatización trata de los equipos de cómputo, los cuales operan con

software dedicados para integrar la información del primer nivel; es en donde el operador o

ingeniero se encargará de vigilar, supervisar, visualizar y configurar todo lo referente a su

proceso. Para realizar la configuración en un sistema de control se debe tomar en cuenta:

La distribución de la arquitectura del sistema.

Módulos de entrada y salida.

Los tipos de controles predominantes, tales como lazos de control, control

secuencial, batch (por carga), algoritmos avanzados, etc.

Tipos de variables.

Las unidades de adquisición de datos.

Medios de comunicación.

Distribución de los datos.



La comunicación de un controlador puede darse en los tres primeros niveles de la pirámide

de automatización. Existen módulos de comunicación para cada red y

protocolo. La siguiente figura muestra los factores más importantes que intervienen en la

comunicación entre dispositivos y/o equipos.

Los equipos de control soportan por lo regular una red de comunicaciones propietaria. Los

protocolos son diferentes entre cada fabricante; sin embargo, disponen de interfaces que

hacen la traducción a otros protocolos (gateways). Un protocolo común a todos es el

Modbus, ASCII o RTU.



En la parte de supervisión se abordarán los equipos de cómputo, los cuales operan con

software dedicados para el monitoreo y supervisión del proceso, como son las estaciones de

operación e ingeniería.

En este nivel es posible visualizar cómo se están llevando a cabo los procesos de planta y, a

través de PC´s, poseer una imagen virtual de la planta, de modo que ésta se puede recorrer

de manera detallada, o bien, mediante pantallas de resumen, ser capaces de disponer de un

panel virtual en donde se muestren las posibles alarmas, fallos o alteraciones en cualquiera

de los procesos que se llevan a cabo.

Estación de operación/configuración.

La estación de operación/configuración es una poderosa, intuitiva y productiva interfaz

hombre-máquina. Esta estación está basada generalmente en el sistema operativo Windows

2000, Windows 2003 y Windows XP. Es una interfaz hombre-máquina con una amplia

variedad de características funcionales y operativas desarrolladas en un ambiente amigable,

lo cual es una gran ventaja al poder ejecutar y establecer aplicaciones del usuario en forma

muy sencilla.

Permite una navegación intuitiva y simple en los diferentes gráficos de operación generados

para el control de la planta, y éstos se efectúan a través de una sola ventana al proceso.

La estación de operación/configuración es la que permite que el usuario u operador del

sistema de control interactúe con los procesos. Una adecuada estación de

operación/configuración busca obtener el estado del proceso y persigue:

Asegurar que el usuario comprenda la situación representada de manera rápida.

Crear condiciones para la toma de decisiones correctas.

Ejecutar acciones de mando.

Tratamiento e indicación de situaciones de alarmas.

Presentar al usuario la información de manera amigable.

Minimizar el tiempo de entrenamiento para usar el sistema.

Capacidad de realizar tareas en un tiempo razonable



A través de la aplicación OLE (Object Linking and Embedding), contenida de manera

estándar en el software básico, la estación permite al operador:

En los sistemas de control se pueden configurar varios niveles de seguridad, es decir, claves

de acceso para evitar la intervención de personal no autorizado, y dependiendo del sistema

que sea adquirido se tendrán diferentes niveles de acceso; por lo general existen 3 niveles a

configurar:



Para casos delicados es conveniente la protección de acceso al programa también por

hardware; es decir, se deberá disponer de una llave física en el procesador del controlador o

en la consola de operación; esto dependerá del proveedor.

Actividad de aprendizaje 1

Elija la opción que responda a cada una de las preguntas del cuestionari

Autoevaluación.

Elija la opción que responda a cada una de las preguntas del cuestionario.



Evaluación.

Identifique las características de los sistemas presentes en los niveles de operación y

supervisión; para ello elija la opción que responda a cada una de las preguntas del

cuestionario.


Honeywell International, Inc. (2001), PlantScape, Overview.

Benjamin C Kuo (1996), Sistemas de control automático, Prentice Hall, 7ª edición.


Sistemas de control (noviembre, 2008). Disponible en

http://www.wikiciencia.org/electronica/electricidad/sistemas-control/index.php




Sistemas de Control Unidad 1. Automatización Integral

Software de operación, configuración y manejo de datos en tiempo real.

Objetivos.

Reconocer las características del software que se emplea en los niveles de estación,

supervisión, evaluación y planeación, y toma de decisiones, poniendo énfasis en las

funciones de adquisición de datos, control y los elementos de manejo de bases de

datos y administración informática.



El software es un conjunto de instrucciones detalladas que controlan la operación de un

sistema computacional; está formado por una serie de instrucciones y datos que permiten

aprovechar todos los recursos que el computador tiene, de manera que pueda resolver gran

cantidad de problemas. Un computador en sí es sólo un conglomerado de componentes

electrónicos; el software le da vida, haciendo que sus componentes funcionen de forma

ordenada.

Funciones del software:

Administrar los recursos de cómputo.

Proporcionar las herramientas para optimizar estos recursos.

Actuar como intermediario entre el usuario y la información almacenada.

Una red informática, junto con las herramientas de software, permitirán al usuario:

Desarrollar la configuración de todo el sistema.

Reducir notablemente el tiempo muerto de la red, incrementando su eficiencia.

Distribuir la carga de trabajo.

Manejar la fuente “única” de información actualizada de todo el sistema.

El software en los sistemas de control permite realizar las configuraciones necesarias para

la adquisición de datos desde campo (como indicadores, transmisores, motores, válvulas,

etc.), y mostrarlas en computadores para que el proceso sea supervisado. El

software involucrado es la interfaz de operación, configuración de los equipos de control y

seguridad, los programas de aplicaciones y el software de administración de la red.

El software de los sistemas de control permite otorgar a cada cliente el tipo de información

que podrá recibir y las funciones que desempeñarán. Los clientes se encargarán de

coordinar la ejecución de las aplicaciones, recolectando la información de proceso, e

interactuar con el usuario. El software también puede protegerse con claves de acceso, para

evitar su intervención por personal no autorizado.

Adquisición de datos y funciones de control.

El software diseñado para la configuración y/o programación del controlador debe

contemplar diferentes aspectos.



Las utilerías del software del controlador permiten la configuración del hardware, contar

con un menú de diagnósticos al hardware, permitir la adquisición de datos, realizar

control regulatorio, secuencial, lógico o por lotes, por lo que debe contar con funciones

aritméticas, lógicas e instrucciones secuenciales.

Beneficios del software.

La estación en donde se tiene el software permite tener beneficios significativos para hacer

más productivo al personal encargado de la planta, así como el poder obtener una mayor

rentabilidad de la misma, debido a lo siguiente:



Interfaz de operación humano-máquina HMI.

El software de Interfaz Humano-Máquina (Human Machine Interface, abreviado HMI) es la

herramienta de software que permite visualizar e integrar en tiempo real la información

generada en proceso. Este software se instala en equipos de cómputo, estaciones de trabajo

y servidores; permite al usuario el manejo y configuración de gráficos dinámicos para el

monitoreo del proceso, manejo de información basándose en tendencias de tiempo real e

históricos, sumarios de alarmas/eventos generados en el sistema de control, manejo de

alarmas y control estadístico de proceso, entre otras funciones.

El software de Interfaz Humano-Máquina opera en un ambiente gráfico de ventanas y el

lenguaje de programación es orientado a objetos (Object - Oriented Graphics), además



de manejar reporte por excepción para cada variable de proceso. La HMI debe apegarse al

estándar de Microsoft OLE (Object Linking and Embebbing) para compartir aplicaciones

en el ambiente operativo de Windows; asimismo, es recomendable que soporte también el

estándar OPC (Ole for Process Control), ya que es un software de aplicación que corre en la

plataforma Windows y conecta dispositivos industriales, tales como PLC´s a redes en

ambiente Windows, evitando el manejo de múltiples protocolos.

Este software deberá cumplir como mínimo con los lineamientos tecnológicos estándar,

llamados también herramientas del software.

Las herramientas del software son:

1. Configuración del software de control y estrategias de control

2. Desplegados en pantalla (gráficos)

3. Grupos de operación

4. Tendencias de operación

5. Reportes

6. Sumarios de alarmas y eventos

7. Históricos de alarmas y eventos

Revisemos cada una de estas herramientas en las siguientes pantallas.

1. Configuración del software de control y estrategias de control .

El software ayuda para la implementación, desarrollo, productividad y creatividad del

desarrollo de ingeniería, desde lo más básico hasta lo más sofisticado, además de permitir la

re-utilización de las estrategias similares.

En el software se realizan las siguientes configuraciones:

1. Asignaciones de entradas/salidas analógicas y digitales

2. Generación de gráficos dinámicos

3. Generación de reportes

4. Realización de estrategias de control: Digital Compuesto, Control Regulatorio, etc.



Existen varias formas en las que se pueden configurar los diferentes software de los

sistemas de control, como se muestra en la siguiente figura:

Algunas descripciones de estos son:



A continuación se muestra la configuración a bloques:



Por otra parte es importante recordar que un controlador también deberá ser programado

para llevar a cabo un control simple o control con redundancia o tolerancia a fallas, sobre

todo para aplicaciones críticas.



2. Desplegados en pantalla (gráficos)

La interfaz gráfica proporciona al operador las funciones de control y supervisión de la

planta, ya que el proceso se representa mediante sinópticos gráficos. Los diferentes gráficos

son actualizados con información nueva de proceso en un tiempo de 1 segundo (éste puede

variar dependiendo de nuestras necesidades y del proveedor). Estos desplegados manejan

diferentes colores, video inverso y otras características para su edición.

Como se puede ver en ambos esquemas, se emplea una combinación de líneas, símbolos y

caracteres alfanuméricos para representar en forma gráfica los diferentes parámetros y



equipos del proceso. Los caracteres alfanuméricos son utilizados para mostrar textos, así

como el valor de la variable de proceso y parámetros de puntos de ajuste (set points). Los

gráficos son dinámicos, es decir, que los valores de los diferentes parámetros son mostrados

en tiempo real y continuamente actualizados de acuerdo al reporte por excepción (dead

band) definido para cada uno de ellos.

3. Grupos de operación.

Debido a que un grupo representa a varios instrumentos, los grupos nos ayudan a visualizar

la interacción entre esos instrumentos cuando el proceso esté en operación. Un grupo es un

conjunto de hasta N puntos de cualquier tipo. Los instrumentos o señales pueden ser de

cualquier tipo; esto significa que pueden ser controladores, indicadores, selectores,

banderas, numéricos, entradas y/o salidas digitales, etc. Estos grupos de operación ayudan

al operador a visualizar y manipular variables de operación. Los grupos de operación

pueden ser fijos o momentáneos; fijos son aquellos que se configuran desde la interfaz de

ingenieros y que no se perderán nunca, mientras que los momentáneos son aquellos que los

operadores crean y al cambiar de área o restablecer nuestra estación se perderán y tendrán

que volver a crearse.

4. Tendencias de operación



Una pantalla de tendencias es una recopilación de parámetros de punto de cualquier tipo,

desplegados contra el tiempo en un gráfico dedicado.

Las tendencias contienen parámetros de un punto, que pueden ser de cualquier tipo; esto

significa que pueden ser controladores, indicadores, distintos parámetros de un mismo lazo

(PV, OP, SP), etc.

La información puede ser mostrada en varios formatos y pueden ser configurados en línea

como se requieran, solamente seleccionando el punto de la base de datos. También

es posible mover sus rangos y trasponer diferentes variables con diferentes rangos. Los

formatos estándar del sistema son:

Gráfica de barra para un punto

Gráfica de barra para dos puntos

Gráfica de barra para tres puntos

Gráfica de Tendencias Múltiples (8 puntos)

Gráfica de Tendencias multirangos

Ploteo con ejes X-Y



Los desplegados de tendencias son en tiempo real, e históricos.

Las tendencias en tiempo real muestran el comportamiento continuo de las variables de

proceso en pantalla, en periodos de un 1 segundo hasta 585 horas como mínimo (esto

dependerá del fabricante y del sistema adquirido). Las tendencias de históricos muestran el

comportamiento continuo de las variables de proceso en pantalla, en periodos de 1 segundo

hasta 10 años como mínimo (esto también dependerá del fabricante y del sistema

adquirido). Las escalas de tiempo pueden ser configuradas en línea por el usuario.

Se pueden desplegar simultáneamente diferentes variables en un mismo sistema

coordenado, utilizando diferentes colores para la identificación de cada curva (seis como

mínimo).



5. Reportes.

Los reportes son formatos con información del sistema, que requiere un usuario. El usuario,

a través de un lenguaje orientado a objetos, puede crear formatos para la generación de

reportes operativos y de mantenimiento periódicos (semanales, mensuales, etc.); esto puede

realizarse a través una configuración, para que de manera automática sean generados o a

solicitud del operador se generen. Los reportes precargados en el sistema o que se crean por

un usuario, son:



6. Sumarios de alarmas y eventos.

Se tiene un sumario de todas las alarmas y eventos ocurridos en el sistema, que incluyen

como mínimo: identificación (tag), descripción de la variable, tipo de alarma y/o evento,

valor de la variable de proceso con unidades de ingeniería, límite de alarma, día y hora en

que se generó la alarma y/o evento, y el nombre del usuario activo en el sistema.

7. Históricos de alarmas y eventos.

Se tiene un histórico de todas las alarmas y eventos ocurridos en el sistema, que incluya

como mínimo: identificación (tag), descripción de la variable, tipo de alarma y/o evento,

valor de la variable de proceso con unidades de ingeniería, límite de alarma, día y hora en

que se generó la alarma y/o evento, y el nombre del usuario activo en el sistema.

Con esto podemos concluir que el software de los sistemas de control contemplan todos los

aspectos para la supervisión, control y adquisición de datos en tiempo real; así como el

guardar los históricos de nuestro proceso.



Actividad de Aprendizaje 1

Es importante que conozcamos todos los elementos que contiene un software de los

sistemas de control; enfocándose en ello, seleccione la opción que responda a cada reactivo.





botón.




Honeywell International, Inc. (2001), PlantScape, Overview

Smith,Carlos A.; Corripio, Armando B. (1994), Control Automático de Procesos.

Teoría y Práctica, Ed. Limusa


Sistemas de control (noviembre, 2008). Disponible en


Introducción al control industrial asistido por ordenador (noviembre, 2008).

Disponible en

http://pdf.rincondelvago.com/files/3/1/8/00055318.pdf


http://pdf.rincondelvago.com/files/3/1/8/00055318.pdf




Estándares de redes industriales: Conformidad y conectividad.

Dependiendo del tipo de tránsito en un bus, éste presentará un mejor o peor rendimiento;

por ejemplo, Ethernet dispone de un mejor rendimiento para transmisiones espaciadas de

grandes paquetes de información. En las redes de control se pueden encontrar condiciones

similares a las de una red de datos, cuando ocurren eventos en la red y, por ende, varios

nodos requieren enviar y/o recibir información durante el evento. Por esto, la arquitectura a

implementar se debe ajustar a las necesidades del proceso y la



lógica de los eventos o sucesos y, así, establecer los protocolos, topología, interoperabilidad

y el tipo de administración de los datos.

Las redes se clasifican en:

Revisemos las principales características de cada uno de estos tipos de redes.

Redes de datos

Las redes de datos que existen son las siguientes:



Redes de control

La conexión de los sistemas de control se realiza a través de las redes de control, los cuales

representan el espacio físico de las distintas unidades y componentes de la planta. Las redes

de control que posee la planta proporcionan al operador conocimiento y comprensión

adicional a su preparación teórica; para ello se tiene los siguientes detalles:



La siguiente figura nos muestra un sistema de control con las redes ya mencionadas.



Las redes inalámbricas y Ethernet son redes de datos que actualmente son ocupadas dentro

del control de sistemas, y a continuación veremos sus descripciones:

Redes Internet .

Una Internet es una red de redes, vinculadas mediante ruteadores gateways. Un gateway o

pasarela es un computador especial que puede traducir información entre sistemas con

formato de datos diferentes; su tamaño puede ser desde 10000 kilómetros en adelante, y su

ejemplo más claro es Internet, la red de redes mundial.

Redes inalámbricas

Las redes inalámbricas son redes cuyos medios físicos no son cables de ningún tipo, lo que

las diferencia de las redes anteriores. Están basadas en la transmisión de datos mediante

ondas de radio, microondas, satélites o infrarrojos.

Red Ethernet

Como hoy en día el entorno informático se hace cada vez más complejo y está sometido a

un cambio constante, la gestión de dispositivos industriales en fábricas se ha convertido en

una carga. La optimización de la cadena de producción requiere aplicaciones informáticas

inteligentes y soluciones que permitan redes. La necesidad de capturar y analizar los datos

de equipos industriales y de manufactura, y de integrar esa maquinaria en la red comercial

de la empresa, se está convirtiendo rápidamente en una necesidad muy real.



De acuerdo a la tecnología de transmisión de datos las redes pueden ser:



Y de acuerdo al tipo de transferencia de datos que soportan las redes, se clasifican en:




Debido a que las redes son muy importantes

para la visualización del proceso a todos los niveles, realice la siguiente actividad.

Observe el esquema y responda las siguientes preguntas con base en éste.





botón.




Las redes existentes están presentes en todos los niveles y tienen un propósito particular.

Observe la siguiente pirámide y con base en ella indique en qué nivel se ubican las redes

que se mencionan a continuación.







botón.


De acuerdo con lo revisado en esta unidad, comente qué tipo de sistema de control ha

utilizado y los buses de campo que tienen en su planta; mencione ventajas y desventajas de

los sistemas que ha utilizado.

Para escribir su aportación pulse el vínculo Responder, y a continuación redacte su

comentario.



Evaluación

Para distinguir las características de las redes y saber qué es lo que podemos conectar en

éstas, como una PC, instrumentos, etc., realice la siguiente evaluación.






botón.




Joan Domingo Peña (1994), Comunicaciones en el entorno Industrial, Ed.UOC


Redes de comunicación, (octubre, 2008). Disponible en

http://www.monografias.com/trabajos11/reco/reco.shtml

Red Industrial, (septiembre, 2008). Disponible en

http://es.wikipedia.org/wiki/Red_industrial

http://www.monografias.com/trabajos11/reco/reco.shtml

http://es.wikipedia.org/wiki/Red_industrial




De acuerdo a lo visto en esta unidad, y para conocer los direrentes sistema de control y su

entorno, realizaremos la siguiente actividad.

Revise detenidamente el siguiente esquema y de acuerdo a lo estudiado en la unidad, elija

la opción que conteste a las preguntas del cuestionario.





botón.




Sistemas de Control Distribuido, Sistemas de Control Tipo Híbrido y

Alarmas.

Introducción.

En las primeras plantas del siglo pasado, el control de procesos requería frecuentemente de

muchos operadores, quienes circulaban continuamente alrededor de cada unidad de

proceso, observando los instrumentos locales y manipulando las válvulas. Las operaciones

generales de la planta requerían que los operadores realizaran una supervisión continua en

la planta, registrando manualmente los parámetros de importancia; posteriormente, y tras

efectuar los cálculos matemáticos apropiados, el operador hacía una segunda supervisión,

ajustando los controles.

Con la transmisión de las señales neumáticas, nacieron las primeras salas de control, en

donde se trasladaron los indicadores a un lugar central, junto con los controladores que

transmitían señales de vuelta hacia las válvulas. En ese entonces, las lecturas se realizaban

en grandes indicadores locales y los operadores ajustaban los controles neumáticos en la

sala de control.

Luego de la Segunda Guerra Mundial, los controladores electrónicos empezaron a aplicarse

industrialmente, y aparecieron nuevos tipos de sensores para medir parámetros

anteriormente no medibles; así mismo, los computadores se volvieron más baratos y

confiables, y los controladores se hicieron más pequeños, permitiendo su instalación en

paneles, mientras que las salas de control se tornaron más comunes y complejas.

Las tecnologías de video y su habilidad para desplegar datos y permitir al operador iniciar

acciones de control, hicieron posibles las entradas del control distribuido; entonces, la sala

de control pudo proveer información centralizada sin tener que centralizar todo el

procedimiento, disminuyendo así los riesgos asociados, al reducir costos y complejidad de

cableado.

De este modo, los tradicionales recorridos de los operadores dejaron de ser necesarios, ya

que con sus dedos podían acceder a las pantallas de un controlador (o de un grupo de ellos),

hacer cambios de Setpoint fácilmente desde el teclado, y si existían condiciones fuera de lo

normal, responder a cualquier alarma.



Los sistemas de control distribuidos, tradicionales, nacidos en la década de los „70, lograron

que los datos y las respuestas a ellos fueran en tiempo real. Las interfaces de

operador de alta calidad permitieron que los operadores supieran sin esfuerzo lo que estaba

pasando en toda la planta. No obstante, dichos sistemas de control distribuidos (SCD)

tenían sus debilidades: eran de elevado costo de adquisición e instalación, inalcanzables

para la pequeña y mediana empresa, además de tener los sistemas operativos y protocolos

de comunicaciones propietarios.

En esta unidad hablaremos de los Sistemas de Control Distribuido: conceptos básicos,

elementos y funciones. ¡Demos inicio!

Objetivos.

Seleccionar el sistema de control distribuido adecuado, considerando sus características,

funciones y aplicaciones, a fin de emplear aquel que responda mejor a las necesidades

presentes en casos particulares

Actividad de Inducción.

Con base en los conocimientos que tiene en sistemas de control, seleccione la opción que

responda a cada pregunta.



Par a recordar ciertas características y definiciones a utilizar, vea la caja de herramientas

3 (2).





Temario.

1. Conceptos básicos del control distribuido

2. Selección, configuración y aplicación de sistemas de control distribuido

3. Sistemas de control de tipo híbrido

4. Sistemas de alarmas








Sistemas de Control Distribuido, Sistemas de Control Tipo

Híbrido y Alarmas.

Conceptos básicos del control distribuido.

Objetivos .

Ubicar los elementos básicos que conforman un sistema de control distribuido en

una arquitectura, a partir de las características y funciones de dichos elementos.

El sistema de control distribuido (SCD o DCS por sus siglas en inglés) consiste en un

conjunto de subsistemas que deben trabajar de forma coordinada; la responsabilidad del

sistema de control es informar, monitorear y controlar el proceso industrial y proporcionar

una interfaz de usuario homogénea. Son sistemas con computadoras especiales en red y

que se comunican entre sí para coordinar las acciones previamente configuradas para

mantener el proceso bajo control.

El SCD es un sistema de control de un sistema de fabricación, de proceso o de cualquier

clase de sistema dinámico, en la cual los elementos del controlador no son centrales en una

localización, sino que se distribuyen a través del sistema con cada subsistema por uno o

más controladores. El sistema entero de controladores es conectado por las redes para la

comunicación y la supervisión. El SCD es un sistema dinámico, en la cual los controladores

que la integra no es único ni están instalados en un mismo lugar, sino que se distribuyen a

través del sistema. El SCD utiliza controladores basados en microprocesadores que reciben

la información de los módulos de entrada provenientes de los instrumentos, y transmiten

instrucciones a los instrumentos de salida a través de los módulos de salida. La

comunicación entre instrumentos de campo y tarjetas de E/S, así como la comunicación de

los controladores a los HMI es a través de buses de campo o señales analógicas

estandarizadas.

http://www.monografias.com/Computacion/Redes/

http://www.monografias.com/trabajos4/acciones/acciones.shtml



Los usuarios pueden acceder a una gran variedad de recursos computacionales:

De hardware y de software

Distribuidos entre un gran número de sistemas computacionales conectados

Los SCD cuentan con las siguientes características:



Estas características introducen ventajas e inconvenientes; por su parte, la idea de poder

hacer by-pass a las unidades con problemas, permite evitar bloqueos innecesarios del

sistema y/o pérdida de comunicación y visualización del proceso; pero por otra parte exige

que las diferentes áreas o unidades de producción puedan tener asignación dinámica de las

tareas y, por lo tanto, se les va a exigir gran capacidad de acceso a la comunicación y

tratamiento de la información. Los SCD tienen algoritmos inteligentes de detección de

fallos y diagnósticos. A pesar de lo anterior, una ventaja potencial de un sistema distribuido

es una mayor confiabilidad.

Las funciones distintivas de un sistema de control distribuido son:



A continuación se presenta un esquema de control distribuido en donde la comunicación se

realiza entre cada controlador de proceso (comunicación horizontal) y se observa la

existencia de varias unidades de control que llevan a cabo las tareas.

Para vigilar los procesos de la planta se requieren redes de computadoras interconectadas

que permitan mantener las condiciones necesarias para que no ocurra ninguna perturbación

en los procesos de la misma, y utiliza interfaces hombre-máquina conectadas a través de

una o más redes de área local, las cuales proveen acceso a un grupo de servicios

distribuidos.

http://www.monografias.com/Computacion/Redes/

http://www.monografias.com/trabajos14/dinamica-grupos/dinamica-grupos.shtml



Algunas de las más importantes características de los sistemas de control distribuido son las

siguientes:



De forma simplificada, un sistema de control distribuido (SCD) consta de 3 elementos

fundamentales:



Un sistema de control distribuido está formado de varios elementos. Puede ser un pequeño

sistema con apenas un número pequeño de dispositivos, o puede ser un sistema altamente

complejo con centenares de dispositivos y varias clases de redes de comunicaciones que

interconectan estos dispositivos. Se puede comenzar con un pequeño sistema con la

posibilidad de que se amplíe fácilmente, siempre que se presente la necesidad, de tal forma

que los sistemas pueden contener cuantos dispositivos sean necesarios. Estos sistemas

tienen la facilidad de quitar dispositivos que ya no se usen en el proceso; también se pueden

agregar o actualizar, conforme las necesidades se vayan ampliando.

Los SCD se utilizan en procesos como:

Rejillas de corriente eléctrica y plantas de generación eléctrica

Sistemas del control del medio ambiente

Sistemas de gestión del agua

Plantas de refinación de petróleo

Fábricas de productos químicos

Fabricación farmacéutica

Redes de sensores

Los sistemas de control distribuido proporcionan las siguientes funciones:



En la arquitectura de un sistema de control distribuido, vemos distintos controladores de

distintas áreas que a través del envió de datos a través de las redes de control y redes de

datos son reflejadas en las estaciones de operación. Pase el cursor sobre los elementos del

esquema para visualizar su nombre.



Un Sistema de control distribuido (SCD), como su nombre lo indica, distribuye la

responsabilidad de monitoreo, control y que se puedan ver desde cualquier estación de

trabajo, así como su manipulación. Este sistema está constituido por una Red de Control

Local (LCN) y una Red de Control Universal (UCN), como se muestra en la siguiente

figura:



Donde:



Es importante tener claro lo que es un nodo, debido a que son indispensables en las redes.

Nodo es el punto de conexión de una red; cualquier dispositivo que esté conectado a la red

y tenga una dirección definida, teniendo como función principal la de conmutación, de

circuitos o de mensajes. En este caso podemos mencionar: NIM (Módulo de interfaz de

red), HM (Módulo de historia), AM (Módulo de aplicaciones), etc., y que tiene un fin

específico dentro de un sistema de control distribuido. Más adelante se describe cada uno

de éstos.

Interfaz hombre-máquina (HMI)

Estas interfaces son la manera en que se interactúa con el proceso; se definen como

estaciones, las cuales utiliza el operador, el técnico de mantenimiento y el ingeniero de

proceso para lograr diversas tareas del sistema, de las cuales cada uno es responsable. Las

funciones de la operación del sistema y del proceso incluyen las siguientes:



La siguiente figura nos muestra algunas de las Interfaces Hombre-Máquina.

Algunos nodos que se conectan en este sistema de control son los siguientes (recordemos

que nodo es el punto de conexión de una red):



Como parte del módulo HG, describiremos los módulos que se conectan a éste:

Las unidades de interfaz de proceso (Process Interface Units, PIU) son usadas cuando un

gran número de variables de proceso necesitan ser monitoreadas o alimentar un módulo de

alto nivel.

El Controlador Básico (Basic Controller, CB) maneja operaciones continuas de entrada-

salida. Acomoda la entrada-salida para un número de lazos de control, más un numero de

entradas adicionales de monitoreo solamente (“variables remotas”).

El Controlador extendido (Extended Controller, EC) maneja entradas-salidas continuas y

operaciones lógicas. Proporciona entradas de control, salidas, salidas digitales, y entradas

digitales opcionales.



El Controlador de múltiples funciones y el Controlador de múltiples funciones avanzadas

manejan entradas-salidas de operación continua, operaciones lógicas y secuencias de

control para procesos batch (por lote). Cada uno tiene la capacidad de controlar lazos

análogos, entradas análogas, salidas análogas, entradas digitales.

Estación de Operación.

La estación de operación es una poderosa, intuitiva y productiva interfaz hombre-máquina

del SCD. La estación está basada en el sistema operativo Windows y tecnológicamente

representa el estado del arte, siendo la interfaz hombre-máquina la más avanzada disponible

en el mercado. La estación de operación permite lograr nuevos y grandes niveles de

productividad en su planta, a través de una gran variedad de características funcionales y

operativas desarrolladas en un ambiente muy amigable, lo cual es una gran ventaja al poder

ejecutar y establecer aplicaciones del usuario en forma muy sencilla.

Abajo se muestra una estación de operación la cual tiene configurada una area de nuestra

planta y dentro de esta cuanta con un numero de unidades a las cuales puede visializar y

manipula.



La más poderosa y sencilla herramienta de generación de los desplegados que tiene la

estación de operación, permite que el trabajo a efectuar para su desarrollo sea mucho más

fácil y rápido, lo cual se traduce en tener una mayor productividad, al ocupar menos tiempo

para su desarrollo y configuración. Lo anterior se debe principalmente a

que, a diferencia de todos aquellos sistemas que emplean sistemas operativos abiertos de

comunicación, la estación de operación utiliza al máximo las ventajas que el sistema

operativo Windows proporciona, ya que está desarrollada para trabajar, utilizando

totalmente los 32-bits de procesamiento que usa Windows, con lo cual se tiene un muy alto

desempeño e interoperabilidad con otras aplicaciones.

Otras características relevantes de la estación de operación son:



A través de la aplicación OLE (Object Linking and Embedding) contenida de manera

estándar en el software básico, la estación de operación permite al operador llamar e

interactuar con aplicaciones de terceros directamente en los desplegados del sistema.

Dichas aplicaciones pueden ser hojas de cálculo, documentos de seguridad o instrucciones

de emergencia, sonido, video, etc.; además, esta herramienta de la estación de operación

proporciona al operador acceso inmediato a toda la información necesaria para efectuar un

análisis en línea del control de proceso y datos de producción.

Las estaciones de operación generalmente cuentan con un teclado de operación y como

opción pueden tener Touchscreen para poder nevegar a través de los distintos menús de

manera más sencilla.



Las estaciones de operación contienen una serie de librerías de objetos ya elaborados, por

medio de los cuales se facilitan requerimientos de animación, inserción de fotografías y

programas simples en un nuevo desplegado.

Beneficios de la estación de operación.

La estación de operación permite tener beneficios significativos para hacer más productivo

al personal encargado de la planta, así como el poder obtener una mayor rentabilidad de la

misma, debido a lo siguiente:



Base de datos histórica del proceso.

A los sistemas de control distribuido pueden conectarse módulos de proceso de historia, los

cuales recolectan los datos de la planta realizado por el SCD, que a su vez interactúa con

otros sistemas SCD para realizar dicha función.

Los Procesadores de Historia de Datos recolectan, integran y mantienen una historización

amplia de la información de la producción, tanto continua como discreta en tiempo real, así



como del desempeño del proceso y de los datos relacionados con el mismo, proporcionando

la captura e historización de datos y una retroalimentación inteligente de datos requeridos

para el soporte de operaciones de análisis e información del proceso de la planta.

El servidor de los Procesadores de Historia de Datos puede obtener datos de la red de

Control (LCN), así como de otras fuentes. El eficiente proceso de obtención y

almacenamiento de datos obtiene la información automáticamente de los sistemas de

control distribuido de la planta (DCS) y los registra en la base de datos de historización.

Una vez realizado el proceso de obtención y almacenamiento de datos, todo tipo de

aplicaciones está en posibilidad para accesar y manipular estos datos. Los servicios de

información e historización de la planta, proporcionados por éste, habilitan a operadores,

ingenieros y gerentes para tomar decisiones más efectivas acerca de las operaciones

realizadas por sus sistemas de control.



Interfaces entre distintas redes de trabajo

Los SCD pueden conectarse con otras redes de control y con distintos tipo de sistemas de

control distribuido y PLC de distintos fabricantes, como se muestra en el siguiente

esquema:

En el esquema se puede observar que se tienen dos diferentes redes de control local

conectadas entre sí; esto nos indica que se podrá accesar a la otra red y ver qué está

sucediendo en el proceso.

Software

Así, tenemos que el software de un sistema distribuido.



El control distribuido ha permitido la independencia de cada uno de los subsistemas

formados, pudiendo reprogramarse cada módulo por separado, sin interferir ni parar el resto

de módulos. En suma, la naturaleza distribuida contribuye a incrementar la fiabilidad del

sistema, al igual que su mantenimiento, ya que los cambios locales del proceso o de sus

instalaciones solamente provocan efectos locales al sistema de control.



Actividad de Aprendizaje 1.

Debido a que los sistemas de control distribuidos son importantes para cualquier proceso,

cobra relevancia que tengamos claras las características y funciones de sus elementos.

El siguiente es el esquema de un sistema de control distribuido; obsérvelo y resuelva el

cuestionario, seleccionando el nombre de cada uno de los elementos del SCD.





botón.



Autoevaluación.

Seleccione la opción que responda correctamente a las siguientes preguntas.



Evaluación

Las características y funciones de los elementos que conforman un SCD determinan su

ubicación en el sistema y la interconexión entre ellos.

Descargue el archivo Elementos de un SCD y arme el sistema de control distribuido (no

es necesario ocupar todas las figuras) de una planta con dos áreas diferentes que están

conectadas a través de una red de información de una planta.

En el área 1 tenemos:

1. 2 PLC´s

2. Un controlador con sus E/S correspondiente y una rama de instrumentos de campo

3. Módulo de aplicaciones

4. Módulo de Historia

5. Una PC huésped

6. Dos estaciones de operación de 4 monitores

7. Una estación de ingeniería

En el área 2 tenemos:

1. Un controlador con sus E/S correspondiente y 1 rama de instrumentos de campo y

un fichero de E/S remoto con 1 rama de instrumentos de campo

2. Un controlador con E/S remotas

3. Un controlador

4. Módulo de aplicaciones

5. Módulo de historia

6. Dos estaciones de operación de 4 monitores

7. Una estación de ingeniería

Una vez que concluya la actividad pulse Examinar, seleccione el archivo en su

computadora y, finalmente, pulse Subir este archivo.

http://www.cuaed.unam.mx/ec/moodle/file.php/28/modulo7_sistemas_de_control/u2/img_self/elementos_de_un_scd_u2t1.ppt

http://www.cuaed.unam.mx/ec/moodle/file.php/28/modulo7_sistemas_de_control/u2/img_self/elementos_de_un_scd_u2t1.ppt




TDC SCD SW70-500 (1996), Honeywell

Tanenbaum, A. S., M. Van Steen (2002), Distributed Systems. Principles and

Paradigms, Prentice-Hall

Emmerich, W. (2000), Engineering distributed objects, John Wiley & Sons

George Coulouris (2001), Sistemas Distribuidos, Tercera Edición, Madrid: Addison

Wesley

Sitios Electrónicos .

Sistemas de control (diciembre, 2008). Disponible en:


Sistemas distribuidos (diciembre 2008). Disponible en:

http://dmi.uib.es/~bbuades/sistdistr/sld007.htm





Sistemas de Control Unidad 2. Sistemas de Control Distribuido,

Sistemas de Control Tipo Híbrido y Alarmas.

Selección, configuración y aplicación del Sistema de Control

Distribuido.

Objetivos,.

Seleccionar los elementos y la configuración del sistema de control distribuido

apropiados para el proceso, a fin de constituir un sistema que responda a las

necesidades de funcionamiento y aplicación del mismo.

Selección de SCD.

En la actualidad, se cuenta con distintos tipos de sistemas de control distribuido con

diferentes tipos de características; la selección del tipo de sistema que se use en un proceso

depende de las características del mismo, como son:

Número de variables a controlar y monitorear

Tipos de redes con las que trabajará el proceso

Distribución geográfica del proceso

Tipo de proceso

Número de operadores e ingenieros

Capacidad de datos históricos

Tipos de estrategias de control

Tipos de respaldos de datos

Redundancia de las comunicaciones del proceso, del controlador y de tarjetas de

E/S

Estos factores proporcionan una idea de qué tipo de sistema es necesario implementar para

nuestro proceso.

Se debe considerar también el tamaño del SCD y las instalaciones en donde se tendrá

alojado el sistema, los requisitos de energía eléctrica del sistema de control y las

condiciones de operación (temperatura, humedad, ambientes, etc.) que recomienda el

fabricante para prever si el equipo funcionará de manera adecuada en el sitio de



implementación, o si se requiere hacer acondicionamientos extras. El siguiente esquema

muestra las consideraciones que deben tenerse al implementar un sistema de control

distribuido:

Implementación del Sistema de Control Distribuido.

Una vez que se ha seleccionado el sistema de control de procesos adecuado a las

necesidades del proceso, los ingenieros deben definir las áreas, grupos y puntos

individuales de operación, para que toda esta información, junto con las especificaciones de

los diagramas de tubería e instrumentación (DTI´s), y relacionada con la configuración de

los lazos de control de la planta, se introduzca en la base de datos del sistema de control

distribuido.



La configuración se debe hacer de una manera estructurada; un ejemplo es la siguiente

tabla:

Para implementar y realizar un proyecto se deben seguir los siguientes pasos:

1. Selección de equipo y preparación de sitio

2. Configuración del sistema

3. Configuración de la red de trabajo del sistema de control distribuido

4. Construcción de áreas de operación en la base de datos

5. Establecimiento de áreas de operación

6. Estrategias de control

7. Módulos de Entrada/Salida

8. Expandibilidad y Mantenimiento

9. Pruebas de aceptación

10. Comisionamiento

11. Arranque

12. Documentación

Selección de equipo y preparación de sitio.

La selección de los componentes del sistema de control distribuido depende de las fuentes

de la planta y/o la información del proceso, de las consideraciones del proceso y

transferencia de datos dentro de la red del proceso. El sistema de control debe tener

subsistemas de conexión con la instrumentación o computadoras de la red, para que éstas

puedan acceder a la base de datos global, para que se pueda tener toda la información del

proceso.



a siguiente figura ilustra un ejemplo de la conexión de un sistema de control distribuido con

sus distintos módulos, a una planta de proceso; en esta conexión se muestran los

componentes que se encuentran en la red de control y los dispositivos conectados al

proceso.

El SCD contiene una herramienta gráfica de ingeniería, configuración y documentación. La

configuración del control del proceso es efectuada generando las estrategias de control, en

contraste con el antiguo paradigma de configurar puntos individuales a través del uso de

formatos.

Configuración del sistema.

La configuración de un sistema de control distribuido es llevada a cabo por la consola en el

menú de ingeniería. Este menú está en todos los sistemas de control distribuido de distintos

fabricantes; para tener acceso a él se debe tener el nivel de seguridad adecuado. En el menú

de ingeniería se hacen las configuraciones de áreas, unidades, estaciones de operación,

configuraciones de red, configuración de lazos de control, bloques lógicos, elaboración de

gráficos de operación, modificaciones en la base de datos del sistema, entre otras.



Las características principales del Sistema de Control Distribuido son: proporciona una

interfaz gráfica para el usuario, está provisto de plantillas (“templates”) para la

construcción de la base de datos, y tiene la capacidad de construir la base de datos en

volumen, usando hojas de trabajo de Excel para ayudar a generar estrategias de control en

forma rápida y eficiente. La interfaz gráfica permite al usuario, con un simple “click and

drag” de los templates, construir otras estrategias dentro de una estrategia en blanco.

El Sistema de Control Distribuido contiene lo siguiente:



El Sistema de Control Distribuido tiene un menú de ingeniería que ayuda a obtener

información para mantenimiento; se puede ver la configuración del sistema, crear grupos,

ver el detalle de señales configuradas, alarmas, eventos, reportes, tendencias, impresoras,

monitoreo del proceso, monitoreo de las secuencias, etc. Este tipo de sistemas son los más

completos en el mercado, además de robustos.

La configuración de los sistemas de control distribuido debe ser estructurada como se

muestra en la siguiente figura:



Basándose en el desarrollo de la ingeniería de diseño, en donde se definirán los criterios de

configuración y filosofía de operación, las actividades de configuración se reducen a su

implementación en el SCD.

El alcance de la configuración contempla todas y cada una de las siguientes actividades:

Configuración de base de datos

Configuración de lógica de control

Configuración de las interfaces a instrumentación de campo

Configuración de gráficos

Configuración de sumarios de alarmas

Configuración de tendencias e histórico

Configuración de reportes

Configuración de la red de trabajo del sistema de control distribuido.



La configuración de la red del sistema de control permite que el ingeniero de proceso

establezca el ambiente como será la ejecución del proceso; además de asignar a los

nombres de las áreas de operación, estaciones, nodos y valores del sistema.

Construcción de áreas de operación en la base de datos.

Una base de datos de un área define cual será el área de proceso en donde se encontrarán

localizadas las estaciones de trabajo. Los sistemas de control distribuido tienen la capacidad

de tener distintas áreas; la construcción de un área es la base para seguir con la

configuración de las unidades de operación y, por último, los puntos de estas unidades.

Establecimiento de áreas de operación.

En los sistemas de control distribuido se pueden tener distintas consolas de operación para

el monitoreo y control de un área de proceso; también se pueden definir áreas

independientes; en cada área creada se tendrán configuradas distintas unidades, las cuales, a

su vez, tendrán distintos puntos. El siguiente esquema muestra la división del proceso en

dos áreas de responsabilidad, que tendrán 2 consolas independientes:



Estrategias de control.

Muchas estrategias de control pueden ser utilizadas por los Sistemas de Control

Distribuido. Algunos tipos de estrategia de control son:

Módulos de Entrada/Salida.

Los Sistemas de Control Distribuido cuentan con una amplia variedad de módulos de

entrada/salida (E/S), los cuales están disponibles para prácticamente cualquier

requerimiento.



Expandibilidad y Mantenimiento

Conforme los requerimientos del control de proceso se puede expandir el SCD y tener hasta

64 módulos (esto dependerá del fabricante) conectados, incluyendo 10 redes

redundantes de control UCN (esto dependerá del fabricante). Cada una de estas redes

simples o redundantes puede manejar 32 dispositivos (esto dependerá del fabricante).

Como parte fundamental del mantenimiento del sistema, contiene un software de

diagnóstico que realiza diagnósticos periódicos de manera automática al sistema; estos

diagnósticos se ejecutan hasta el nivel de las tarjetas electrónicas y, en caso de detectarse

problemas, el sistema por sí solo envía un mensaje al operador, en donde se indica la tarjeta

con falla y las recomendaciones de mantenimiento para solucionar el problema. La

capacidad de autodiagnóstico y el reducido número de tarjetas diferentes con que cuenta el

sistema de control distribuido, mantienen los costos de mantenimiento al mínimo.

Pruebas de aceptación.

Las pruebas de aceptación se realizan mediante un protocolo que abarca inspección visual,

revisión de los componentes, pruebas de hardware, pruebas de software y pruebas de

funcionalidad y protección.



Estas pruebas tienen como objetivo la aceptación del sistema por parte del cliente. El

proveedor deberá proporcionar al cliente para su aprobación los protocolos para la

realización de las pruebas en fábrica (FAT) y en sitio (SAT).

Comisionamiento.

En el Comisionamiento se integrarán las señales de campo al sistema de control distribuido

y se probarán las comunicaciones de los Sistemas.

Arranque.

El arranque del sistema contempla el encendido del sistema y la integración del Hardware y

Software.

Documentación.

Como parte de un proyecto se debe realizar la generación de la documentación desarrollada

durante las fases de ingeniería de diseño, configuración y pruebas. Esta documentación será

incluida para conformar el Libro de Proyecto, cuyo contenido se desglosa a continuación:



Aplicaciones del sistema de control distribuido.

El Sistema de Control Distribuido abarca todas las industria y procesos como:

Refinerías

Gas y petroquímica

Plataformas

Pulpa y papel

Generación de energía

Tratamiento de agua

Etc.

Su uso en la industria también depende del costo, ya que este tipo de sistemas tienen un

costo más elevado que los sistemas híbrido o los sistemas SCADA.

Los DCS son fácilmente ampliables. Cualquier dispositivo que haya de añadirse se

comunica con otros dispositivos ya instalados en el mismo lugar. Esta modularidad

proporciona una significativa mejora de costes durante todas las fases de un plan de

automatización. Con esto se puede ver cómo se puede realizar un sistema de control

distribuido adecuado para nuestro proceso, la manera en que se debe configurar y sus

aplicaciones.




Los nodos, las tarjetas de E/S, las condiciones ambientales, así como otros elementos que

revisamos en este tema, son muy importantes para la selección y configuración de los SCD.

Responda las siguientes preguntas que reflejan algunos aspectos que debe considerar; para

ello, seleccione la respuesta correcta.





botón



Autoevaluación .

Seleccione la opción que responda correctamente a las siguientes preguntas:



Evaluación.

Revise las características enlistadas a continuación, las cuales corresponden a una planta de

Azufre que se requiere automatizar. Posteriormente conteste el cuestionario.

En la planta de Azufre se tienen los siguientes alcances:

2 Estación de Operación

1 Estación de Ingeniería

Se definen 2 áreas en la planta

Módulo de historia

Redundancia en el módulo de interfaz de red

Redundancia en lazos de control

Redundancia en controladores

Tarjetas de entradas analógicas de 8 puntos

Tarjetas de salidas analógicas de 4 puntos

Tarjetas de entrada digital de 32 puntos

Tarjetas de entrada salida de 32 puntos

Se utilizará la red informática de la planta

Spare del 15% en señales

Spare de 10 en espacio para tarjetas





botón.




Honeywell (1996), TDC SCD SW70-500

Tanenbauma A. Van Steen S., M. (2002), Distributed Systems. Principles and

Paradigms, Prentice-Hall

Emmerich W. (2000), Engineering distributed objects, John Wiley & Sons

Coulouris, George (2001), Sistemas Distribuidos, Tercera Edición, Madrid:

Addison Wesley

Sitios Electrónicos.

Sistemas de control distribuido (diciembre, 2008). Disponible en:

http://www.answers.com/topic/distributed-control-system

Sistemas de control (diciembre, 2008). Disponible en:


Sistemas distribuidos (diciembre, 2008). Disponible en:


http://www.answers.com/topic/distributed-control-system






Sistemas de Control Distribuido, Sistemas de Control Tipo

Híbrido y Alarmas .

Sistema de Control tipo Híbrido.

Objetivos.

Identificar los elementos, características y funciones de un sistema de control tipo

híbrido existentes en el mercado, a fin de realizar la selección adecuada al proceso.

Un sistema de control tipo híbrido es un sistema de control integrado y basado en

autómatas programables y software SCADA, que incluyen objetos listos para ser utilizados

y herramientas para que el usuario adapte o cree sus propios objetos, según requerimientos.

Siguen la tendencia del mercado:

Aplicables indistintamente en control de procesos continuos, por lotes y discretos

Integración total de los subsistemas de Control y Supervisión

Funcionalidad de alto nivel y orientada a objetos reutilizables

En definitiva, la flexibilidad de los sistemas PLC+SCADA combinada con las

prestaciones de los Sistemas de Control Distribuido “tradicionales”

Continuando con los controladores que existen, ahora revisaremos los sistemas de control

tipo híbrido, sus características y funciones.



Sus ventajas son:



Los sistemas de control híbrido integran la lógica discreta, combinada con dinámica física del

sistema; es decir, un sistema híbrido denota en general un sistema integrado por dos

componentes no semejantes. Un sistema de control híbrido es un sistema de control con las

piezas análogas y digitales. Tal sistema genera una mezcla de las señales continuas y

discretas, que toman valores en una serie continua (tal como los números verdaderos R) y

un sistema finito (por ejemplo {a; b; c}), respectivamente.

Por ejemplo, una señal continuo-valorada toma típicamente valores en el sistema de los

números verdaderos (e.g., una temperatura T que toma valores en el intervalo [- 20; 100]

grados Celsius), mientras que una señal discreto-valorada toma valor discreto (a menudo

finito) fijado (e.g., una válvula V del termóstato que toma los valores {on; off}). Las

señales pueden depender del tiempo o ser accionadas por evento (event-driven). Una señal

de tiempo continuo se pone al día continuamente con una ecuación diferencial (e.g., T (t) =

- T (t) + 1), mientras que una señal del tiempo discreto es actualizada con una ecuación de

diferencia (e.g., T (t + 1) = T (t) + 1). Una señal accionadas por evento (event-driven), por

otra parte, es actualizada cuando sucede un acontecimiento interno o externo (e.g., la

conmutación encendido del termóstato, V +: = encendido, podría ser conducido por el

acontecimiento que la temperatura va debajo de 15 grados, T < 15). Observe que una señal



del tiempo discreto se puede interpretar como señal accionadas por (event-driven), que es

actualizada cuando ocurre el acontecimiento “muestreo”.

Un sistema híbrido típico se representa en el diagrama de bloque siguiente:

Casi cualquier sistema de control híbrido puede ser modelado por este diagrama de bloque

estructurado dos-capa. Las capas se comunican a través de la interfaz. Tomemos un horno

de microonda programable que tenga diferentes programas preestablecidos para cocinar los

alimentos, para ilustrar el diagrama antedicho. La capa continua del control es el elemento

de control de energía y la parte giratoria del horno, mientras que la parte lógica es



representada por el programa preestablecido programa o lógica. El convertidor análogo a

digital y digitales a análogo son la interfaz.

En los esquemas de abajo podemos percatarnos de que existe un mayor orden y la

estructura jerárquica; la capa lógica (capa superior) publica las instrucciones que se

convierten en la entrada continua para la capa continua (capa inferior); esta última

alimenta valores de referencia de nuevo a la interfaz que los convierte en forma discreta. Si

la salida de un sistema retroalimenta (retroactúa) a su entrada, se llama un sistema del lazo

cerrado, si no, se llama un sistema del lazo abierto. Ambos tipos de sistemas se demuestran

a continuación:

Aparte de la capa continua del sistema de control, la capa de la lógica es también una parte

importante de un sistema híbrido. Consiste generalmente en las declaraciones de “IF-

THEN-ELSE”, que se pueden representar por un autómata finito (FSM).

A diferencia de los sistemas SCADA, que son diseñados para sistemas grandes y complejos

como plataformas, estaciones de distribución de energía y distribución de equipos en sitios

geográficos diferentes, los sistemas híbridos tienen un sistema de control abierto para

grandes y pequeños sistemas; provee muchas facilidades, siendo extremadamente flexible y

permitiendo al usuario modificar o extender las aplicaciones estándar en donde sea

requerido; todas las pantallas estándar son modificables por el usuario; y proveen gran

flexibilidad para las aplicaciones de los procesos de control.



Los sistemas híbridos contienen:



Medios redundante para una alta robustez en el sistema.

En los sistemas híbridos el servidor y el controlador híbrido comparten la base de datos, por

lo que se tiene la información una sola vez, eliminando errores y reduciendo el tiempo de

configuración. Incluye tecnología y componentes que hacen un sistema abierto disponible a

escalarlo, según los requerimientos de los usuarios. Su hardware se divide en:



A continuación se muestra las arquitecturas de un sistema híbrido con controlador sencillo

y controlador redundante.



Actualmente, la programación de los controladores de un sistema híbrido se hace por medio

de bloques, en los cuales se selecciona el tipo de controlador que se utilizará para la

aplicación y los bloques de funciones que pueden ser: entradas, lazos, contadores, alarmas,

entre otras, como se muestra en la siguiente figura:

La configuración de una hoja de bloque de un sistema de control híbrido se hace mediante

conexiones de los bloques que se mostraron anteriormente para elaborar todo un lazo de

control, como se muestra en la siguiente imagen:



Bloques de función

Los bloques de función son muy similares a los del Control Distribuido. Representan la

unidad básica de la funcionalidad del control, incluyendo: bloques de control regulador,

bloques de control de dispositivo, bloques de la lógica, bloques secuenciales y bloques del

auxiliar. Con el constructor del control, los bloques de la función se seleccionan de una

biblioteca provista y se ponen en un módulo de control. Estos bloques de la función son

unidos para realizar la estrategia deseada del control.

Módulos de control

EL controlador híbrido proporciona dos tipos básicos de módulos de control:

Ambos tipos del módulo de control contienen sus bloques respectivos de la función.



Una vez que el usuario ha dado de alta los puntos, la base de datos se crea y es posible

referenciar los valores en los desplegados y otras funciones como:

Desplegados de Sumario de Alarmas

Desplegados de Sumario de Eventos

Desplegados de Grupos de Operación

Desplegados de Tendencias

Desplegados de Sintonización de Lazos

Desplegados de Diagnósticos

Sumario de Desplegados

Reportes Estándar

Puntos Compuestos Pre-definidos

Desplegados de Detalle de puntos Compuestos

Algoritmos de Procesamiento de puntos

Botones y barra de herramienta pre-configurada para todas las funciones

Barra Inferior y Pantalla Superior de Menú

Barra de Estatus Estándar en todos los desplegados

Además, también cuenta con herramientas para gráficos, que muchas veces pueden incluir

dibujos o fotos .bmp, JPEG, .wnf y .png. La siguiente figura nos muestra un gráfico de

estos sistemas.



La infraestructura de los sistemas híbridos consiste en uno o más servidores y una o más

estaciones cliente. Éstas tienen las siguientes funciones:

Monitoreo y supervisión del control de proceso configurado

Alarmas de eventos críticos

Reporte de eventos por fecha y hora o a demanda

Grabación de historia

Conexión local y remota

Desplegado de gráficos

Desplegado de tendencia



Algunas ventajas clave del sistema híbrido:



La colección de historia está disponible en una amplia gama de rangos de frecuencia,

configurables conforme a los requerimientos del usuario.



En este tema conocimos las características, funciones y elementos que conforman un

sistema de control tipo híbrido; con esto podemos obtener las diferencias entre el SCD y

este tipo de sistemas.


De acuerdo a las características de los sistemas de control de tipo híbrido, realice la

siguiente actividad.

Descargue el archivo Sistema de control híbrido y con los elementos que se encuentran

en éste, arme un sistema con servidor y controlador redundante, 3 estaciones de operación y

3 Chasis de I/O (No es necesario ocupar todas las figuras).

Una vez que concluya la actividad pulse Examinar, seleccione el archivo en su

computadora y, finalmente, pulse Subir este archivo

http://www.cuaed.unam.mx/ec/moodle/file.php/28/modulo7_sistemas_de_control/u2/img_self/sistema_de_control_hibrido_u2t3.ppt



Evaluación.






botón.




Grossman, Robert L.; Nerode, Anil; Ravn, Anders P. y Hans Reischel (editores),

Hybrid Systems

Zohar, Manna y Amir Pnueli Springer (1993), Verifiying Hybrid Systems, lecture

Notes in Computer Science, Springer-Verlag, Bon

Dorf, Richard C. y Bishop, Robert H. (1995), Modern Control Systems, 7th ed.,

Addition-Wesly


System control (diciembre, 2008). Disponible en:

http://www.doc.ic.ac.uk/~nd/surprise_96/journal/vol2/hwc1/article2.html

Hybrid control system design (enero, 2009). Disponible en:

http://www.rt.eei.uni-erlangen.de/FGdes/hybrid.html




http://www.rt.eei.uni-erlangen.de/FGdes/hybrid.html



Sistemas de Control Unidad 2. Sistemas de Control Distribuido,

Sistemas de Control Tipo Híbrido y Alarmas.

Sistema de Alarmas.

Objetivos

Reconocer las alarmas y sus desplegados en los sistemas de control, a partir se sus

características, a fin de identificarlas en cualquier sistema.

Como parte de los sistemas de control hemos visto que todos cuentan con pantallas que nos

despliegan las alarmas generadas del proceso a supervisar, por lo que en este tema

abordaremos los tipos de alarmas y sus desplegados.

Las alarmas se enumeran en el sumario de alarmas, que proporciona una descripción de

éstas. Si ocurre la repetición de una alarma, la repetición no se agrega como otra entrada en

el sumario.

Por lo contrario, los detalles de una alarma original se ponen al día para mostrar los detalles

de la última alarma ocurrida. El número de alarmas ocurridas y el tiempo de la alarma

original se muestran en el detalle de alarmas. Una alarma se considera repetida si la

condición del parámetro es igual.

Los sistemas de control proporcionan detección de alarmas y eventos, administrándolos y

reportándolos fácilmente y a gran velocidad de acuerdo a la fuente del problema,



permitiendo que el operador se centre en los datos del interés en tiempos de urgencia. Las

alarmas y eventos incluyen:

Controladores basados en alarmas

Múltiples alarmas por prioridad

Notificación estándar de pantallas de alarmas, eventos y mensajes

Alarmas recientes mostradas en las pantallas

En la mayoría de las señales configuradas en un sistema de control, proveen Alarmas y

éstas son desplegadas en una estación de trabajo. Las alarmas pueden ser agrupadas por

áreas; por prioridad, pueden ser habilitadas o inhabilitadas por punto o unidad.

Las alarmas son los puntos de referencia que se tienen configurados en cada señal en los

sistemas de control de procesos.

Se tienen distintos tipos de alarmas, las cuales se puede visualizar en la estación de

operación; estas alarmas anuncian cambios en el proceso de operación y problemas en el

propio sistema de control, y son asignadas sobre un área o unidad, según sean necesarias.

La prioridad de las alarmas depende del evento que estén anunciando.

Alarmas del proceso.

Estas alarmas se refieren a cambios en el proceso, y se clasifican de la siguiente manera,

considerando la desviación de la variable (PV) y el punto de ajuste (SP). En la siguiente

tabla se muestran el tipo de alarmas que se tiene en el proceso:



Las alarmas que aparecen en los sistemas de control son desplegadas en el sumario de

alarmas en donde se muestra la fecha y hora en que ocurrió la alarma y la prioridad que

tiene; la mayoría de sistemas de control distribuido, además del desplegado de las alarmas,

cuentan con un sistemas de advertencia sonoro, el cual tiene definido un distinto sonido,

dependiendo de la prioridad de la alarma que se presente.

Sumario de alarmas.

El sumario proporciona una lista de todas las alarmas, alertas, acontecimientos y mensajes;

ésta puede a menudo ser una cantidad de información grande, para que un operador vea

contemporáneamente.



Modificar los sumarios le permite organizar la información, para proporcionar resúmenes

más útiles para los operadores. Por ejemplo, usted puede modificar el resumen de alarmas,

para mostrar solamente las alarmas de prioridad urgentes dentro de un área en particular.

Usted puede modificar un sumario:

1. Filtrando y clasificando las entradas mostradas en el sumario.

2. Mostrando u ocultando el selector del área.

3. Mostrando u ocultando los detalles de la hoja.

También puede aplicar seguridad a las funciones de arreglo de los sumarios, de modo que

solamente los operadores con el nivel apropiado de la seguridad puedan modificar los

sumarios resúmenes de alarmas.

Filtración de los sumarios.

La filtración de los sumarios permite que usted muestre u oculte la información, según

criterios del filtro. Cada uno de los sumarios tiene un sistema de filtros disponibles para

algunas de las columnas en el sumario. Además de estos filtros de la columna, usted puede

crear y aplicar filtros para cumplir con sus criterios específicos. Usted puede también filtrar

por la selección. La tabla abajo resume las acciones de filtración que usted puede realizar

en los sumarios de alarma:



Visualización.

Usted puede mejorar el manejo de alarmas, creando las visiones apropiadas para los

operadores. El siguiente esquema, por ejemplo, muestra una lista de alarmas para el área

“a1”, y muestra información detallada sobre la alarma seleccionada.

Algunas de las principales formas en las que son mostradas las alarmas son:

Prioridad de las alarmas

Mensajes

Anunciador de alarma

Sumario de alarmas del sistema

Prioridad de las alarmas.

Es esencial que en las alarmas se dé la prioridad correctamente, de modo que los

operadores puedan responder de una manera sistemática. Usted, por lo tanto, necesita

formular un sistema de pautas, de modo que los ingenieros que comisionan asignen la

prioridad correcta a cada condición de alarma. Usted también necesita considerar

escenarios de “alarmas en cascada”; por ejemplo, si una falla de una bomba da lugar a una

caída de presión, la alarma de la falla de la bomba requiere una prioridad más alta que la



alarma de la caída de presión. De acuerdo con el proveedor del sistema de control, se

pueden tener dos niveles:

• Prioridad. Las prioridades son: urgente, alta, baja y cotidiana (el defecto)

• Sub-prioridad. Éstos se extienden a partir del 15 (mayor) a 0 (menor)

Todas las alarmas, excepto cotidiano, aparecen en el resumen de alarmas y, por lo tanto,

son respondidos por los operadores.

Mensajes.

Cuando definimos una alarma para ciertos tipos de punto estándar (estado, análogo y

acumulador), usted puede asignar un mensaje apropiado a los operadores de la ayuda,

entendiendo la significación de un alarmar en un punto particular. (El sumario de alarmas

muestra solamente los detalles básicos.)

Para utilizar mensajes, se requiere crear una “biblioteca” de mensajes estandardizados en la

estación y después asignarlo a los puntos.

Anunciador de alarma.

Aunque las alarmas aparezcan en la estación, usted necesita considerar sus necesidades del

anuncio de alarma. Los distintos sistemas de control generalmente proporcionan tres tipos

de anuncio:

• Estación basada zumbador o altavoz

• Corneta externa o sirena

• Llamada de alarmas



Sumario de alarmas del sistema.

El resumen de alarmas del sistema es similar al resumen de alarmas, no obstante el resumen

de alarmas del sistema muestra solamente las alarmas que tienen una categoría de alarmas

del sistema. Los ejemplos de alarmas de sistema son:

• Fallas de comunicaciones

• Fallas de la estación

• Fallas de la conexión del operador

• Fallas de la impresora

Las alarmas del sistema también se muestran en el sumario de alarmas.

La línea de alarmas en el resumen de alarmas del sistema es exactamente igual que la línea

de alarmas del sumario de alarmas, que también es el mismo para el reconocimiento y

filtrado de alarmas.

Una característica de los sistemas de control es que pueden almacenar por un periodo de

tiempo las alarmas o acontecimientos.

Almacenaje y archivo de los acontecimientos.

Los acontecimientos se recogen inicialmente en una base de datos del sistema, y se copian

periódicamente a la base de datos en línea del acontecimiento del servidor del SQL de

Microsoft para las preguntas y divulgación. Los eventos son mantenidos en la base de datos

por un período especificado, después de lo cual se suprimen.

Los acontecimientos archivados a un servidor de archivo de la red se pueden copiar a otros

medios tales como CD, o incluir en una reserva del sistema.

En este tema pudimos ver las diferentes alarmas que tienen los sistemas de control, además

de ver las diferentes pantallas en donde se muestran éstas, lo cual nos ayudará a reconocer

rápidamente las alarmas en cualquier sistema de


Ya que las alarmas son parte importante de cualquier sistema de control de cualquier

proceso, realizaremos la siguiente actividad.



Observe la figura y con base en ella indique si cada uno de los siguientes datos es mostrado

en esta pantalla de alarma.





botón.


De acuerdo a lo visto en esta unidad, comente alguna experiencia con SCD o Sistemas de

Control tipo Híbrido, las redes, nodos y ventajas o desventajas de este tipo de sistemas.

Para escribir su aportación pulse el vínculo Responder y, a continuación, redacte su

comentario.



Evaluación

Seleccione la opción que responda a cada reactivo.





botón.




Server and Client Planning Guide by Honeywell


http://www.grupodeca.com.mx/productos-servicios/monitoreo-plantas/

http://www.grupodeca.com.mx/productos-servicios/monitoreo-plantas/



Actividad Integradora.

Después de haber identificado características y funciones de los sistemas de control tipo

Híbrido y SCD, y con el fin de tener presentes todos sus aspectos para las aplicaciones en

los procesos, seleccione la opción que responda correctamente a cada una de las siguientes

preguntas.




tanto puede revisar y cambiar sus respuestas las veces que quiera, antes de presionar dicho

botón.



Sistemas de Control Unidad 3. Integración SCADA.

Introducción.

Los sistemas SCADA utilizan la computadora y tecnologías de comunicación para

automatizar el monitoreo y control de procesos industriales. Estos sistemas son partes

integrales de la mayoría de los ambientes industriales complejos o muy geográficamente

dispersos, ya que pueden recoger la información de una gran cantidad de fuentes muy

rápidamente, y la presentan a un operador de forma amigable. Los sistemas SCADA



mejoran la eficacia del proceso de monitoreo y control, proporcionando la información

oportuna para tomar decisiones operacionales apropiadas.

Los primeros SCADA eran simplemente sistemas de telemetría que proporcionaban

reportes periódicos de las condiciones de campo, vigilando las señales que representaban

medida y/o condiciones de estado en ubicaciones de campo remotas. Estos sistemas

ofrecían capacidades muy simples de monitoreo y control sin proveer funciones de

aplicación alguna. La visión del operador en el proceso estaba basada en los contadores y

las lámparas detrás de tableros llenos de indicadores. Mientras la tecnología se desarrollaba,

las computadoras asumieron el papel de manejar la recolección de datos, disponiendo

comandos de control y una nueva función: presentación de la información sobre una

pantalla de video. Las computadoras agregaron la capacidad de programar el sistema para

realizar funciones de control más complejas.

Los primeros sistemas automatizados SCADA fueron altamente modificados con

programas de aplicación específicos para atender a requisitos de algún proyecto particular.

Como ingenieros de varias industrias asistieron al diseño de estos sistemas, su percepción

de SCADA adquirió las características de su propia industria. Proveedores de sistemas de

software SCADA, deseando reutilizar su trabajo previo sobre los nuevos proyectos,

perpetuaron esta imagen de industria específicos por su propia visión de los ambientes de

control, con los cuales tenían experiencia. Solamente cuando nuevos proyectos requirieron

funciones y aplicaciones adicionales, los desarrolladores de sistemas SCADA tuvieron la

oportunidad de desarrollar experiencia en otras industrias.

Hoy, los proveedores de SCADA están diseñando sistemas que son pensados para resolver

las necesidades de muchas industrias, con módulos de software industrial

específicos, disponibles para proporcionar las capacidades requeridas comúnmente. No es

inusual encontrar software SCADA comercialmente disponible, adaptado para

procesamiento de papel y celulosa, industrias de aceite y gas, hidroeléctricas,

gerenciamiento y provisión de agua, control de fluidos, etc. Puesto que los proveedores de

SCADA aún tienen tendencia en favor de algunas industrias sobre otras, los compradores

de estos sistemas a menudo dependen del proveedor para una comprensiva solución a su

requisito y generalmente procurar seleccionar un vendedor que pueda ofrecer una completa

solución con un producto estándar que esté apuntando hacia las necesidades específicas del

usuario final. Si selecciona a un vendedor con experiencia limitada en la industria del

comprador, éste debe estar preparado para asistir al esfuerzo de ingeniería necesario para



desarrollar el conocimiento adicional de la industria requerido por el vendedor, para poner

con éxito el sistema en ejecución.

Para alcanzar un nivel aceptable de tolerancia de fallas con estos sistemas, es común tener

computadoras SCADA redundantes operando en paralelo en el centro primario del control

y un sistema de reserva del mismo, situado en un área geográficamente distante. Esta

arquitectura proporciona la transferencia automática de la responsabilidad del control de

cualquier ordenador que pueda llegar a ser inasequible por cualquier razón, a una

computadora de reserva en línea, sin interrupción significativa de las operaciones.

SCADA es el acrónimo de Supervisory Control And Data Acquisition. Un sistema SCADA

está basado en computadores que permiten supervisar y controlar a distancia una

instalación, proceso o sistema de características variadas. A diferencia de los Sistemas de

Control Distribuido, el lazo de control es generalmente cerrado por el operador. Los

Sistemas de Control Distribuido se caracterizan por realizar las acciones de control en

forma automática. Hoy en día es fácil hallar un sistema SCADA realizando labores de

control automático en cualquiera de sus niveles, aunque su labor principal sea de

supervisión y control por parte del operador.

Objetivos.

Distinguir las características y funciones de los sistemas

SCADA, con el fin de emplearlos correctamente en los procesos

de su planta.

Actividad de Inducción.

Actualmente los sistemas SCADA son muy frecuentemente utilizados; ¿conoce algunas de

sus características distintivas? Para verificarlo, seleccione la opción que responda a cada

una de las siguientes preguntas



Temario.

1. Conceptos y arquitectura de los Sistemas SCADA

2. Software y tecnología de la información aplicada en las funciones SCADA

3. Redes y elementos de comunicación industrial

4. Aplicaciones SCADA








Conceptos y arquitectura de los Sistemas SCADA.

Objetivos.

Reconocer las características y funciones de los componentes de un sistema

SCADA, con el fin de aplicarlos adecuadamente a un proceso de su planta.

Un sistema SCADA (Supervisiry Control And Data Acquisition) es una aplicación o

conjunto de aplicaciones software, especialmente diseñados para funcionar sobre las

computadoras para el de control de la producción, con acceso a la planta mediante la

comunicación digital con los instrumentos y actuadores e interfaz gráfica de alto nivel con

el usuario (pantallas táctiles, ratones o cursores, lápices ópticos, etc.). Aunque inicialmente

sólo era un programa que permitía la supervisión y adquisición de datos en procesos de

control, en los últimos tiempos ha ido surgiendo una serie de productos hardware y buses,

especialmente diseñados o adaptados para este tipo de sistemas. La interconexión de los

sistemas SCADA también es propia; se realiza una interfaz del PC a la planta centralizada,

cerrando el lazo sobre el ordenador principal de supervisión.

Un sistema SCADA (supervisory control and data acquisition) consiste en un Servidor o

“master” (generalmente llamada Estación Maestra, “Master Terminal Unit” o MTU);

unidades de control obteniendo datos de campo (generalmente llamadas estaciones

remotas, “Remote Terminal Units,” o RTU); y software usado para monitorear y controlar

remotamente dispositivos de campo; así, el sistema permite comunicarse con los

dispositivos de campo (controladores autónomos, autómatas programables, sistemas de

dosificación, etc.) para controlar el proceso en forma automática desde la pantalla del

ordenador, que es configurada por el usuario y puede ser modificada con facilidad.

Además, provee de toda la información que se genera en el proceso productivo a diversos

usuarios. Ver caja de herramientas 3 para terminología.

Los sistemas SCADA tienen funciones similares a la de los SCD, pero en los SCD las

unidades de colección o de control de datos de campo se establecen generalmente dentro de

un área confinada; las comunicaciones pueden ser vía una red de área local (LAN), y serán

normalmente confiables y de alta velocidad. Un sistema DCS emplea generalmente




cantidades significativas de control a lazo cerrado. Por otra parte, un sistema SCADA

generalmente cubre áreas geográficas más grandes, y normalmente depende de una

variedad de sistemas de comunicación menos confiables que una LAN. El control a lazo

cerrado en esta situación será menos deseable. Un sistema SCADA se utiliza para vigilar y

controlar la planta industrial o el equipamiento. El control puede ser automático, o iniciado

por comandos de operador. La adquisición de datos es

lograda en primer lugar por las RTU que exploran las entradas de información de campo

conectadas con ellos (pueden también ser usados PLC – “Programmable Logic Controllers”

o algún otro controlador) Dicho en otras palabras un sistema SCADA es el software que

contiene una amplia gama de drivers para

realizar la comunicación entre los distintos controladores que hay en el mercado y que

permite la visualización de los diferentes sistemas o controladores de una planta industrial

en una computadora.

Los sistemas SCADA se utilizan en el control de oleoductos, sistemas de transmisión de

energía eléctrica, yacimientos de gas y petróleo, redes de distribución de gas natural,

subterráneos, generación energética (convencional y nuclear).

No todos los sistemas SCADA están limitados a procesos industriales, sino que también se

ha extendido su uso a instalaciones experimentales, como la fusión nuclear, en donde la alta

capacidad de gestionar un número elevado de E/S, la adquisición y la supervisión de esos

datos convierte a éstos en sistemas ideales en procesos que pueden tener canales en torno a

los 100k o inclus

Características de un sistema SCADA.

Los sistemas SCADA, en su función de sistemas de control, dan una nueva característica de

automatización que realmente pocos sistemas ofrecen: “la de supervisión”. Sistemas de

control hay muchos y muy variados; todos ellos, bien aplicados, ofrecen soluciones óptimas

en entornos industriales. Lo que hace de los sistemas SCADA una herramienta diferente, es

la característica de control supervisado; de hecho, la parte de control viene definida y sujeta

por el proceso a controlar, y en última instancia, por el hardware e instrumental de control

(PLCs, controladores lógicos, armarios de control) o los algoritmos lógicos de control

aplicados sobre la planta, los cuales pueden existir previamente a la implantación del



sistema SCADA. Los sistemas SCADA se instalarán sobre y en función de estos sistemas

de control (generalmente existentes como: PLCs, controladores lógicos, armarios de

control). Otros sistemas SCADA pueden requerir o aprovechar el hecho de que

implantamos un nuevo sistema de automatización en la planta, para cambiar u optimizar los

sistemas de control previos.

En consecuencia, supervisamos el control de la planta y no solamente monitoreamos las

variables que en un momento determinado están actuando sobre la planta; esto es, podemos

actuar y modificar las variables de control en tiempo real, algo que pocos sistemas

permiten, con la facilidad intuitiva que dan los sistemas SCADA.

A menudo, las palabras SCADA y HMI inducen cierta confusión en los profanos

(frecuentemente alentada por los mismos fabricantes en su afán de diferenciar el producto o

exaltar comercialmente el mismo). Cierto es que todos los sistemas SCADA ofrecen una

interfaz gráfica PC-Operario tipo HMI, pero no todos los sistemas de automatización que

tienen HMI son SCADA. La diferencia radica en la función de supervisión que pueden

realizar estos últimos a través del HMI.



Los sistemas SCADA son empleados en prácticamente toda la industria, como: la

distribución de gas, electricidad, aguas, datos (comunicaciones), petróleo y derivados, etc.;

es decir, se trata de sistemas que permiten supervisar, desde una estación de trabajo, lo que

ocurre en distintos sitios estratégicos de una red, y tomar acciones.



Funciones principales del sistema SCADA

Existen algunas funciones básicas que recaen en los sistemas SACADA, entre las que se

encuentran las



El siguiente esquema muestra la arquitectura de un sistema SCADA.

En el esquema se puede ver que se tienen varios sistemas de control y PLC´s en una misma

red de control, y a través del sistema SCADA se podrán ver las señales configuradas en

éste; no importa la marca ni el sistema que sea, siempre podremos visualizar y tener control

desde un sistema SCADA. Lo que sí es importante para realizar este tipo de sistemas es ver

el protocolo de comunicación de ambos sistemas.

Existen tres componentes principales en un sistema SCADA:

Servidor

Estaciones de trabajo

Infraestructura de comunicación

Revisemos cada uno de ellos en las siguientes pantallas.



Servidor.

El Servidor o MTU en un sistema SCADA en donde se realiza la configuración,

implementación y visualización de la base de datos y gráficos a configurar; es también

llamado HMI -Human Machine Interface.

Las funciones y componentes principales de un Servidor en un sistema SCADA.



Bases de datos.

Las bases de datos son las herramientas más utilizadas por los sistemas SCADA; éstas son

las encargadas de almacenar e indexar y asignar una denominación comprensible por el

personal de la planta de todas las entradas y salidas, a través de los diferentes equipos de

medición, periféricos, sistemas, etc., y también permiten obtener datos históricos que

resultan útiles para la consulta en caso de anormalidades en los equipos configurados. Los

datos recopilados permiten realizar los análisis de desempeño de la planta; por ejemplo, el

comportamiento del sistema en un mes con respecto a otro, y a partir de los datos de

operación deducir si éste está en buen estado.



Definido de otra forma, una base de datos es un conjunto de datos y sus relaciones,

almacenados con la mínima redundancia y de manera que se pueda acceder a ellos

eficientemente por parte de varias aplicaciones y usuarios.

Un sistema de bases de datos es el sistema que se ocupa de mantener la información y hacer

que esté disponible para el usuario. Sus características principales son las siguientes:



Estación de trabajo u operación.

Otro de los componentes de los sistemas SCADA es la estación de trabajo; por medio de

ésta se puede hacer el monitoreo de la base de datos configurada, reportes, alarmas,

configuración del sistema, etc. Lo que no se puede realizar en una estación de trabajo es la

configuración de base de datos, del sistema y gráficos.

Infraestructura de comunicación.

Los sistemas SCADA tienen desarrolladas interfaces de comunicación para conectarse con

sistemas propios de su marca y con otros sistemas, entre los más comunes se tiene

comunicación Ethernet Modbus, TCP, ControlNet, Serial, OPC y Ethernet. Esta

infraestructura de comunicación constituye el tercer componente básico de los sistemas

SCADA.

Actualmente, se tienen sistemas SCADA basados en transmisión radial, los cuales

evolucionaron con el tiempo, y lo más básico es el uso de FSK (frequency shift keying –

codificación por conmutación de frecuencia) sobre canales de radio analógicos; esto

significa que aquellos 0 y 1 son representados por dos diversas frecuencias (1800 y 2100

hertzios son comunes). Estas frecuencias se pueden sintetizar y enviar sobre una radio de

audio normal. Velocidades de hasta 1200 baudios son posibles con estos sistemas.



Modbus

Modbus es un protocolo de comunicaciones desarrollado para el mundo del PLC, y fue

definido para el uso de las conexiones por cable, aunque los proyectos procuran con

frecuencia utilizar Modbus.

Sistemas Landline (Líneas Terrestres)

Estos son comúnmente usados, pero una gran cantidad de sistemas SCADA implican el uso

de la radio para sustituir landlines ante una falla. Las termitas y el relámpago son problemas

comunes para los landlines.

Para finalizar podemos resumir y deducir lo siguiente:




Una vez que revisamos las características distintivas de los sistemas SCADA, resuelva la

siguiente actividad, seleccionando la respuesta correcta para cada reactivo.





botón.



Evaluación

Considerando las características y funciones de los componentes de los sistemas SCADA,

conteste las siguientes preguntas.





botón




Boyer, Stuart A. (2004), SCADA: Supervisory Control and Data Acquisition, P&H

Paperback

Meier, Frederick A. (2000), Instrumentation and Control Systems Documentation,

Clifford A. Meier, ISA

Clarke, Gordon (2004), Practical Modern SCADA Protocols, Oxford

Bailey, David y Wright, Edwin (2004), Practical SCADA for Industry, Newnes

Books


Sistemas de supervisión y monitoreo (diciembre, 2008). Disponible en:

http://www.profesores.frc.utn.edu.ar/industrial/sistemasinteligentes/UT4/4.htm

SCADA (diciembre, 2008). Disponible en:

http://es.wikipedia.org/wiki/SCADA

Automatización y control de sistemas de energía eléctrica (diciembre 2008).

Disponible en:

http://www.wikiciencia.org/electronica/electricidad/automatizacion-red-

electrica/index.php



http://www.wikiciencia.org/electronica/electricidad/automatizacion-red-electrica/index.php







Software y tecnologías de la información aplicadas en las funciones

SCADA.

Objetivos

Reconocer las características y funciones del software y las tecnologías presentes en

los sistemas SCADA, con el fin de lograr la supervisión de un proceso.

Este tema aborda las características y funciones que contiene el software de un sistema

SCADA, así como las tecnologías que se utilizan en la comunicación de este tipo de

sistemas.

Un sistema SCADA debe cumplir las siguientes características:



Los beneficios de un sistema SCADA son:



El software SCADA o HMI está formado por diferentes software o programas que corren

en una computadora y cuyo objetivo es el de visualizar todos los datos que se miden en la

planta o en el campo de manera amigable, y que permita el control de la misma, de manera

simple y efectiva. Ver caja de Herramientas No. 4 para ver elementos del software.

Este software en las arquitecturas tradicionales utiliza un modelo Maestro – Esclavo y una

arquitectura Punto – Multipunto, en donde el software SCADA es el Maestro que realiza la

consulta sobre varios dispositivos de campo, como ser RTU‟s, PLC‟s, Controladores PID,



etc.; éstos a su vez tienen un esquema similar con los instrumentos de medición y

actuadores.

En las aplicaciones más modernas se utiliza el modelo Cliente – Servidor, en general para

arquitecturas con más de un nodo de supervisión; en estos casos varios sistemas

supervisorios pueden generar diferentes requisiciones de información a múltiples servidores

de datos; la administración de esta información se realiza a través de modelos de accesos

por detecciones de colisiones, como las utilizadas en la Ethernet.

Estos programas poseen varios componentes que permiten, además de visualizar los datos,

establecer alarmas, visualizar tendencias de las variables medidas, comunicarse con los

dispositivos de campos, generar datos históricos y otras funciones para cumplir con el

objetivo.

Software SCADA

Es un programa que se ejecuta en un ordenador o PC, y programas específicos permiten

comunicarse con los dispositivos de control de la planta. Estos programas son denominados

controladores o drivers de comunicación.



En el siguiente esquema pueden observarse algunos de los principales módulos de un

software SCADA.

Como muestra el esquema, los elementos de un software SCADA son los siguientes:



El esquema de abajo muestra los elementos que conforman un sistema SCADA que son la

comunicación con controladores, el procesamiento de datos y a nivel operación y a nivel

gerencial. Pasa el cursor en cada recuadro del esquema, para ver la explicación de la

relación que existe entre los elementos básicos y opcionales de un sistema SCADA; lee el

esquema de abajo hacia arriba.



En general, estos programas realizan la comunicación con los diferentes dispositivos de

adquisición de datos y control, a través de comunicaciones digitales; dicha información es

almacenada en una base de datos de tiempo real, la cual brinda información a los otros

componentes para representar gráficamente los datos, para generar alarmas y gráficos.

Desde la visualización también se permite enviar órdenes o comandos para interactuar con

el proceso.

Una parte del programa contiene los controladores o drives de comunicación entre la

aplicación del SCADA y aplicaciones externas, la cual se ocupa de la realización de los

enlaces de comunicación, el tratamiento de la información a transferir y protocolos de

comunicación (como: Profibus, modbus, Ethernet, etc.). Estos drivers, propios del software

SCADA, deben comunicarse con otros paquetes de software por medio de DDE (Dynamic

Data Extrange) DLL (Dynamic Link Libraries) como canal de comunicación,



implementados por el sistema operativo, que permite que diversos paquetes de software

envíen y reciban datos comunes; por ejemplo, se puede relacionar una celda de una hoja de

cálculo con una variable del sistema, y así variar puntos de

consignas del proceso, o bien comunicación directa con los drivers de I/O de los

dispositivos de campo.

Concepto de controlador o drive.

El controlador realiza la función de traductor entre el lenguaje del programa SCADA y el

otro sistema al que se comunicará (por ejemplo Profibus), o entre el SCADA y la red de

gestión de la empresa (por ejemplo Ethernet).

Generalmente, la configuración del controlador de comunicación se realiza durante la

instalación del software, o como programa de acceso externo al ejecutar la aplicación

principal. El DRIVER es un intérprete y por lo tanto se requiere de uno por cada tipo

diferente de protocolo o lenguaje; en un inicio existían tantos protocolos como dispositivos

de adquisición de datos, lo cual complicaba el desarrollo del software SCADA, ya que

debían desarrollar un drive por cada dispositivo que se creaba.

La dificultad de poder mantener esto en el tiempo llevó, tanto a los fabricantes de equipos

como a los de software SCADA, a unificar en algunos driver, en donde sobresale el

MODBUS por su simpleza, su amplia difusión y por tratarse de un protocolo abierto

disponible a cualquier usuario (free); la desventaja de esto es que la potencialidad de

comunicación del DAD se ve limitada por las características propias de este protocolo.



En general, en la mayoría de los driver se utiliza el método de direccionamiento mediante la

identificación de dispositivo, a través de un número de dispositivo y de una identificación

del dato a través de un registro. Los driver, además de generar la conversión de la

información que se envía y se recibe de los dispositivos de campo, informan sobre el estado

de estas comunicaciones, y en algunos casos, sobre estadísticas de los mismos.

Retomando nuestro sistema SCADA, vemos que según la importancia del sistema, es

posible especificar componentes que realizan tareas exclusivas dentro del sistema de

control (servidores de datos, alarmas, históricos, HMI, etc.). Una vez que los datos de la

planta se han procesado, se pueden transferir a otras aplicaciones de software, tales como

hojas de cálculo o bases de datos; a esto se denomina gestión de datos, los cuales nos

permite analizar eventos, alarmas, emergencias y otros eventos ocurridos



En un programa SCADA se tienen dos bloques de programas: el programa de desarrollo y

el programa de ejecución o run-time.



Un software SCADA debe ofrecer las siguientes funciones:



En la imagen que se muestra a continuación se puede observar, las funciones que realiza

este sistema.



El sistema SCADA permite que la operación comience tan pronto como la configuración de

señales y de hardware sea completa, con un mínimo de datos requeridos.

El software de los sistemas SCADA incluye:



A continuación se muestra un gráfico de un sistema SCADA y el entorno de este:



Los módulos o bloques software que permiten las actividades de adquisición, supervisión y

control son los siguientes:

1. Configuración

2. Interfaz gráfico del operador

3. Módulo de proceso

4. Gestión y archivo de datos

5. Comunicaciones

Revisemos las características y funciones de cada uno de estos módulos.

1. Configuración



La imagen muestra como se configura una señal en el sistema SCADA.

2. Interfaz gráfica del operador

Proporciona al operador las funciones de control y supervisión de la planta.

El proceso a supervisar se representa mediante sinópticos gráficos almacenados en el

ordenador de proceso, y generados desde el editor incorporado en el SCADA, o importados

desde otra aplicación de uso general (Paintbrush, DrawPerfect, AutoCAD, etc.) durante la

configuración del paquete.

Los sinópticos están formados por un fondo fijo y varias zonas activas que cambian

dinámicamente a diferentes formas y colores, según los valores leídos en la planta, o en

respuesta a las acciones del operador.

Se deben tener en cuenta algunas consideraciones a la hora de diseñar las pantallas:



}



La clasificación por colores ayuda a la comprensión rápida de la información; dichos

colores serán usados de forma consistente en toda la aplicación, y su significado será el

mismo en cualquier parte de la misma.

Previendo dificultades en la observación del color, debe añadirse alguna forma de

redundancia, sobre todo en los mensajes de alarma y atención: textos adicionales, símbolos

gráficos dinámicos, intermitencias, etc.



3. Módulo de proceso

Ejecuta las acciones de mando pre-programadas a partir de los valores actuales de variables

leídas.

Sobre cada pantalla se pueden programar relaciones entre variables del ordenador o del

autómata, que se ejecutan continuamente mientras la pantalla esté activa. La programación

se realiza por medio de bloques de programa en lenguaje de alto nivel (C, Visual Basic,

etc.).

Es muy frecuente que el sistema SCADA no sustituye el trabajo de control directo de la

planta (control continuo PID de controladores, lógica de eventos de un PLC). Sólo se

reserva para sí las operaciones propias de la supervisión, como el control estadístico del

proceso, permite la comunicación, cambios de set-point, balances de materia y energía,

análisis de tendencias, generación de históricos, etc.

Las relaciones entre variables que constituyen el programa de mando que el SCADA

ejecuta de forma automática, pueden ser de los tipos siguientes:



4. Gestión y archivo de datos

Se encarga del almacenamiento y procesamiento ordenado de los datos, según formatos

inteligibles para periféricos hardware (impresoras, registradores) o software (bases de

datos, hojas de cálculo) del sistema, de forma que otra aplicación o dispositivo pueda tener

acceso a ellos.

Pueden seleccionarse datos de planta para ser capturados a intervalos periódicos, y

almacenados con un cierto registro histórico de actividad, o para ser procesados

inmediatamente por alguna aplicación software para presentaciones estadísticas, análisis de

calidad o mantenimiento; esto último se consigue con un intercambio de datos dinámico

entre el SCADA y el resto de aplicaciones que corren bajo el mismo sistema operativo, por

ejemplo, el protocolo DDE de Windows permite intercambio de datos en tiempo real; para

ello, el SCADA actúa como un servidor DDE que carga variables de planta y las deja en

memoria para su uso por otras aplicaciones Windows, o las lee en memoria para su propio

uso después de haber sido escritas por otras aplicaciones.



Una vez procesados, los datos se presentan en forma de gráficas analógicas, histogramas,

representación tridimensional, etc., que permiten después analizar la evolución global del

proceso. Como ejemplo tenemos el gestor de alarmas y la pantalla de tendencias.



5. Comunicaciones

Se encarga de la transferencia de información entre la planta y la arquitectura hardware que

soporta el SCADA, y entre ésta y el resto de elementos informáticos de gestión.

Permite implementar el sistema de controladores que realiza el intercambio de información

entre los elementos de campo y los ordenadores que realizan la recopilación de datos.

La interfaz de comunicación consta de distintos elementos:



La conexión en las comunicaciones se realiza a través de dos tipos de controladores:



Hasta aquí se puede observar lo que contiene el software de los sistemas SCADA.

Tecnologías de los software SCADA

Los sistemas SCADA hacen uso de las tecnologías probadas que incluyen:



Algunas de las tecnologías de la información utilizadas en los sistemas SCADA son:



Para los casos de bases de datos muy grandes se tienen técnicas desarrolladas que permiten

aumentar el rendimiento de las bases de datos y, por tanto, el acceso de información. En un

sistema SCADA hay utilizadores de datos recolectados por el servidor, a éstos se les llama

clientes. Los clientes permiten realizar acciones oportunas para mantener las condiciones

normales del sistema. En arquitecturas Cliente-Servidor permiten transferir las aplicaciones

desde los clientes y el servidor a una capa de aplicación intermedia. Las tecnologías como

DNA de Microsoft Windows, que emplean modelos como DCOM y CORBA, se utilizan

para implementar la Capa de Aplicación, en donde se usarán las herramientas de análisis,

seguridad y gestión.

Existen tecnologías por medio de las cuales las bases de datos resultan accesibles, como las

siguientes:



Los sistemas SCADA, como su nombre lo indica, son utilizados en la adquisición de datos

y control de proceso industriales. Son una herramienta de manejo y automatización de

sistemas de comunicación y de la informática, que presentan una serie de ventajas al

usuario.


De acuerdo a las caracter ísticas y funciones del software y las tecnologías de los sistemas

SCADA, resuelva el siguiente cuestionario.





botón.



Evaluación

Seleccione la opción que responda correctamente las preguntas.





botón.





Paperback


Skvarenina, Tim y DeWitt, William (2001), Electrical Power and Controls,

Prentice Hall

http://www.amazon.com/dp/0750657995?tag=spreadspectrum08&camp=15041&creative=373501&link_code=as3




Sistemas de supervisión y monitoreo (diciembre, 2008). Disponible en:


SCADA (diciembre, 2008). Disponible en:


Automatización y control de sistemas de energía eléctrica (diciembre 2008).

Disponible en:


electrica/index.php


Redes y elementos de comunicación industrial.







Objetivos

Identificar las redes existentes en los sistemas de control y los sistemas SCADA,

considerando sus características y los elementos de comunicación industrial, a fin de

conocer las redes existentes y encontrar la mejor para su planta o proceso.

Como hemos visto a través de las unidades y temas pasados, en una red de control existen

varios tipos y elementos que conforman nuestra red industrial, por lo que en este tema

abordaremos las redes y elementos de comunicación industrial.

Los sistemas de comunicación proporcionan el esqueleto sobre el cual se articulan las

estrategias de automatización.

Los sistemas de comunicación industrial son mecanismos de intercambio de datos

distribuidos en una organización industrial. Las características de dicho intercambio

incluyen:

Tiempo real. Intercambio de datos en línea (on-line) con una demora que no es

significativa ni perceptible para los fines de control del proceso y en los niveles

inferiores (sensores, actuadores, máquinas, células de fabricación, etc.)

Eficiencia y economía. Intercambio de datos eficiente y de bajo costo.

El uso de comunicaciones industriales se puede separar en dos áreas principales: una

comunicación a nivel de campo, y una comunicación hacia el sistema. En ambos casos la

transmisión de datos se realiza en tiempo real, o por lo menos con una demora que no es

significativa respecto de los tiempos del proceso, siendo crítico para el nivel de campo.

La red de comunicación también conocida como BUS, y en el caso de la red de campo, es

el nivel que gestiona la información que los instrumentos de campo envían a la red de

ordenadores desde el sistema. El tipo de BUS utilizado en las comunicaciones puede ser

muy variado según las necesidades del sistema y del software escogido para implementar el

sistema SCADA, ya que no todos los softwares (así como los

instrumentos de campo como PLCs) pueden trabajar con todos los tipos de BUS.

Hoy en día, con la estandarización de las comunicaciones con los dispositivos de campo,

podemos implementar un sistema SCADA sobre prácticamente cualquier tipo de BUS.



Podemos encontrar SCADAs sobre formatos estándares, como los RS-232, RS-422 y RS-

485 a partir de los cuales, y mediante un protocolo TCP/IP, podemos conectar el sistema

sobre un bus en configuración DMS ya existente; pasando por todo tipo de buses de campo

industriales, hasta formas más modernas de comunicación, como Bluetooth (Bus de Radio),

Micro-Ondas, Satélite, Cable, etc.

Según el entorno en donde van a ser instaladas la o las redes en un ámbito industrial, se

pueden clasificar en los siguientes tipos de redes:



Se define como red de datos las dedicadas al establecimiento de las comunicaciones entre

equipos informáticos que conforman los niveles de la empresa, fábrica, área y en ocasiones

de célula. La arquitectura de una red de datos es basada en el conjunto de técnicas más

importantes empleadas para un diseño y que controlan su funcionamiento; en una

arquitectura de red los aspectos más importantes son:

1. Topología

2. Sistema de modulación/codificación

3. Medios de transmisión

4. Métodos de acceso al medio

5. Protocolos empleados y formato de las tramas

Revisemos cada uno de estos aspectos.

1. Topología

Es la distribución de los equipos conectados a la red; dicho de otra manera, es la

disposición de los diferentes componentes de una red, Se conoce con el nombre de

topología de la red. La topología idónea para una red concreta va a depender de diferentes

factores, como el número de máquinas a interconectar, el tipo de acceso al medio físico que

deseemos, etc. Entre ellas se distinguen:



2. Sistema de modulación/codificación

Es el tipo de transformación que se realiza sobre los datos para obtener una señal capaz de

ser transmitida por un medio físico. Los sistemas más empleados son: banda ancha o banda

base y, dentro de éstos, los diferentes sistemas de modulación (FSK, ASK, PSK) y de

codificación (Manchester, NRZ, etc.).



3. Medios de transmisión

Son los diferentes soportes físicos para la transmisión de la señal, como cables eléctricos,

fibra óptica u ondas de radio.

4. Métodos de acceso al medio

Dado que los canales de transmisión de datos en redes de ordenadores son compartidos (un

mensaje transmitido por un equipo es escuchado por todos los demás), debe disponerse de

un protocolo de acceso que regule quién puede transmitir en cada momento. Este problema

no se presenta en sistemas de transmisión elementales, como los enlaces punto a punto RS-

232, en donde al existir tan sólo dos interlocutores conectados mediante un canal full-

duplex, cualquiera de ellos puede transmitir en todo momento.

Los métodos de acceso al medio definen cómo se inicia, se envía y finaliza la propagación

de una mensaje por la red sin interferir o afectar a los demás sistemas. Los principales

métodos empleados para tal fin son:



5. Protocolos empleados y formato de las tramas

Tipo de protocolos empleados para la comunicación, niveles OSI implementados y campos

que componen las tramas de dato transmitidas por la red.

Las redes hoy en día forman parte del desarrollo de toda entidad. Algunos ejemplos de éstas

son la red Internet, la cual ha revolucionado las formas de comunicación, de

almacenamiento y consulta de la información. Esta red internacional permite compartir

desde archivos hasta bases de datos y correos electrónicos. Existe otro tipo de redes que

están limitadas por las fronteras de una organización o compañía; esas redes reciben el

nombre de Intranet, y poseen las mismas características que la Internet en cuanto a

compartir información, pero esto se realiza de forma segura, ya que las únicas personas que

pueden comunicarse, compartir y almacenar información son aquellas que laboran para la

empresa en la cual está situada dicha red interna (Intranet).



El desarrollo de las comunicaciones y su aplicación a la industria ha permitido la

implantación de redes industriales que facilitan la comunicación entre equipos aislados

entre sí y dedicados al control de una máquina o parte del proceso. Dichos equipos pueden

ser PLC´s, ordenadores de diseño y gestión, controladores numéricos, actuadores, sensores,

etc.

Algunas de las ventajas de las redes industriales son:

Visualización y supervisión de todo el proceso productivo

Mayor velocidad en la toma de datos

Mejora del rendimiento del proceso al realizar el control en su conjunto

Posibilidad de intercambio de datos entre diferentes sectores del proceso y

departamentos

Posibilidad de programación y control a distancia sin tener que estar en campo

La integración de los diferentes equipos y dispositivos existentes en una planta se hace

dividiendo las tareas entre grupos de procesadores con una organización jerárquica. Así,

dependiendo de la función y el tipo de conexiones, se suelen distinguir cuatro niveles en

una red industrial, como lo muestra la siguiente figura:



Esta estructura no es universal; varía con el tamaño del proceso y sus características

particulares. Además, para cualquiera de los niveles, no hay un estándar universalmente

aceptado que cubra todos los aspectos desde el nivel físico al de aplicación.

Clasificación de las redes de control

De acuerdo al área que abarca un sistema de comunicaciones en particular, las redes pueden

clasificarse en:



A continuación se muestra un sistema con una red ControlNet.

Dentro de las redes se tienen buses de campo. Los buses de datos son los que permiten la

integración de equipos para la medición y control de variables de proceso; reciben la

denominación genérica de buses de campo.

Un bus de campo sirve para sustituir cableado entre sensores-actuadores y los

correspondientes elementos de control. Este tipo de buses debe ser de bajo coste, tiempo

real, permitir la transmisión serie sobre un bus digital de datos con capacidad de

interconectar controladores con todo tipo de dispositivos de entrada-salida, sencillos, y

permitir controladores esclavos inteligentes. Además, deben gestionar mensajes cortos

eficientemente, tener capacidad de manejar tráfico de eventos discretos, poseer mecanismos

de control de error (detección y corrección), transmitir mensajes prioritarios, tener un bajo

coste de instalación y de conexión por nodo, poder recuperarse rápidamente de eventos

anormales en la red, y responder rápidamente a los mensajes recibidos. Por regla general,

tienen un tamaño pequeño (5 a 50 nodos), utilizan tráfico de mensajes cortos para control y

sincronización entre los dispositivos, y la transferencia de ficheros es ocasional o

inexistente. Según la cantidad de datos a transmitir, se dividen en buses de alto nivel, buses

de dispositivos (unos pocos bytes a



transmitir) y buses actuador/sensor (se transmiten datos a nivel de bit), pero en ningún caso

llegan a transmitir grandes bloques de información.

Un bus de campo es un sistema de transmisión de información (datos) que simplifica

enormemente la instalación y operación de máquinas y equipamientos industriales

utilizados en procesos de producción.

El objetivo de un bus de campo es sustituir las conexiones punto a punto entre los

elementos de campo y el equipo de control a través del tradicional lazo de corriente de 4 -

20mA o 0 a 10V DC, según corresponda. Generalmente son redes digitales, bidireccionales,

multipunto, montadas sobre un bus serie, que conectan dispositivos de campo, como

PLC‟s, transductores, actuadotes, sensores y equipos de supervisión. Los buses de campo

con mayor presencia en el área de control y automatización de procesos son:

HART

Profibus

Fieldbus Foundation

DeviceNet

MODBUS

HART

El protocolo HART (High way-Addressable- Remote-Transducer) opera usando el

principio de modulación por desplazamiento en frecuencia (FSK), el cual está basado en el

estándar de comunicación Bell 202. La señal digital se construye a través de un ciclo 1200

Hz, para representar el bit 1 y aproximadamente dos ciclos de 2200 Hz que representan el

bit 0. La tasa de transmisión de datos es de 1200 baudios, lo que significa que los dígitos

binarios se transmiten a 1200 bits por segundo. Las señales sinusoidales son sobrepuestas a

las señales de corriente, a un bajo nivel, logrando así que las dos señales se transmitan por

los mismos dos cables, gracias a que el valor promedio de la señal FSK es siempre cero, la

señal de 4-20 mA nunca se verá distorsionada; esto produce una comunicación simultánea

con un tiempo de respuesta.

Profibus

Es un Bus de campo, bit serial que soporte manufactura y procesos. Es estándar europeo

EN 50170 e internacional IEC 61158. PROFIBUS puede ser usado tanto para transmisión



crítica en el tiempo de datos, a alta velocidad, como para tareas de comunicación extensas y

complejas; esta versatilidad viene dada por las tres versiones compatibles que componen la

familia Profibus, como se muestra en la figura.

Existen tres perfi



Foundation Fieldbus

Foundation Fieldbus (FF) es un protocolo de comunicación digital para redes industriales,

específicamente utilizado en aplicaciones de control distribuido. Puede comunicar grandes

volúmenes de información, ideal para aplicaciones con varios lazos complejos de control de

procesos y automatización. Está orientado principalmente a la interconexión de dispositivos

en industrias de proceso continuo. Los dispositivos de campo son alimentados a través del

bus Fieldbus, cuando la potencia requerida para el funcionamiento lo permite.

DeviceNet

Es una red de bajo nivel, adecuada para conectar dispositivos simples, como sensores

fotoeléctricos, sensores magnéticos, pulsadores, etc. y dispositivos de alto nivel (PLC,

controladores, computadores, HMI, entre otros). Provee información adicional sobre el

estado de la red, cuyos datos serán desplegados en la interfaz del usuario.

Una red Device Net consiste en una rama o bus principal -de hasta 500 mts.- con múltiples

derivaciones -de hasta 6 mts. cada una- en donde se conectan los diferentes dispositivos de

la red. En cada red Device Net se pueden conectar hasta 64 nodos y cada uno puede

soportar un número infinito de E/S, aunque lo normal son 8, 16 ó 32.

Los beneficios aportados por DeviceNet son:



Modbus

Modbus es un protocolo de transmisión para sistemas de control y supervisión de procesos

(SCADA) con control centralizado; puede comunicarse con una o varias Estaciones

Remotas (RTU), con la finalidad de obtener datos de campo para la supervisión y control

de un proceso. La Interfaz de Capa Física puede estar configurada en: RS-232, RS-422, RS-

485.

En Modbus los datos pueden intercambiarse en dos modos de transmisión:

Los modos de transmisión ASCII o RTU son redes estándar de Modbus con parámetros de

puerto serial y que deben ser los mismos que el controlador, y a través de toda la red. Estos

modos de transmisión determinan la manera en la cual se cifran los mensajes de MODBUS.



En formato del ASCII, los mensajes son legibles, mientras que en RTU los mensajes están

en la codificación binaria y no pueden ser leídos mientras que supervisan. La compensación

es que los mensajes de RTU son un tamaño más pequeño, que permite más intercambio de

datos en la misma duración. Uno debe estar enterado que todos los nodos dentro de una red

de MODBUS deben estar del mismo modo de transmisión, significando que MODBUS

ASCII no puede comunicarse con MODBUS RTU y viceversa.

En los sistemas SCADA la topología de red se aplica cuando se tienen distintas estaciones

de operación y/o monitoreo, las cuales se conectan al master a través de una red,

normalmente LAN; la topología va a depender de la distribución de la estaciones de

operación y/o monitoreo; las más comunes en los sistemas SCADA son la de bus y la de

anillo, lo cual no significa que las demás no se puedan utilizar.

La topología de la red describe la manera en que se conectan los dispositivos participantes

en la comunicación. Se analizan distintas topologías que difieren según criterios de

disponibilidad, redundancia o expansibilidad. Las topologías básicas son: estrella, anillo y

bus, las cuales son topologías básicas y a partir de las cuales se pueden construir redes más

complejas.

Falta imagen (Sistemas de Control Unidad 3. Integración SCADA Redes y elementos de

comunicación industrial pag 10)

La utilización de la tecnología basada en redes de comunicación y buses de campo tiene

grandes beneficios en cuanto a ahorros de inversión inicial y de mantenimiento, evitando

paradas de planta que incurren en mayores pérdidas.




Lar redes y buses de campo ofrecen muchas ventajas en los sistemas de control, ya que

integran la información de los instrumentos de campo hacia los controladores y estaciones

de operación.

De acuerdo a las características de las redes y los buses, seleccione la opción que responda

a las siguientes preguntas.





botón.



Evaluación 1

Las redes de comunicación industrial son parte fundamental en cualquier sistema de

control. En el siguiente cuestionario identifique de qué red se trata, de acuerdo a la

descripción presentada.





botón.



Evaluación 2

Observe la siguiente arquitectura y seleccione la opción que responda a las siguientes

preguntas





botón




Peña, Domingo y Saldes, Grau, Comunicaciones Industriales, ODC


Paperback


Meier, Frederick A. y Meier Clifford A., Instrumentation and Control Systems

Documentation, ISA


OLE for Process Control (diciembre, 2008). Disponible en:

http://www.automatas.org/redes/opc.htm

Automatización y control de sistemas de energía eléctrica (diciembre, 2008).

Disponible en:


electrica/index.php

Modbus RTU Overview (diciembre, 2008). Disponible en:

http://www.rtaautomation.com/modbusrtu/

http://www.amazon.com/dp/0750657995?tag=spreadspectrum08&camp=15041&creative=373501&link_code=as3






http://www.rtaautomation.com/modbusrtu/




Aplicaciones SCADA.

Objetivos

Describir algunas aplicaciones de los sistemas SCADA, a fin de mostrar la utilidad

en diferentes procesos.

Un sistema SCADA es una aplicación o conjunto de aplicaciones software, especialmente

diseñada para funcionar sobre ordenadores.

Como ya se ha mencionado, las aplicaciones de los sistemas SCADA son muy amplias, ya

que pueden ser utilizados en cualquier sector de producción y en cualquier proceso;

recordemos que los sistemas SCADA son empleados en prácticamente toda la industria,

como: la distribución de gas, electricidad, aguas, datos (comunicaciones), petróleo y

derivados, pulpa y papel, industria farmacéutica, etc.

Para evaluar si un sistema SCADA es necesario para manejar una instalación dada, el

proceso a controlar debe cumplir las siguientes características:



Si se requiere implementar un Sistema SCADA en nuestra planta o proceso se deben

considerar las siguientes características.

En general, se puede decir que la aplicación de un sistema SCADA se puede aplicar a la

mayoría de procesos, debido a que éste puede operar con cualquier tipo de sistema de

control de procesos, ya sea un DCS, un PLC o una combinación de los anteriores; la

mayoría de las ampliaciones de los sistemas SCADA son como supervisorio de procesos.

Algunas de las aplicaciones de los sistemas SCADA son las siguientes:

Plataformas petroleras

La aplicación de sistemas SCADA en plataformas petroleras es muy común por la

distribución geográfica de éstas, lo cual no quiere decir que un sistema de control

distribuido o un PLC se pueda implementar en este tipo de procesos; de hecho los sistemas

SCADA se encuentran interactuando con este tipo de sistemas como un supervisorio del

proceso, y además concentran la información obtenida de los sistemas de control de

procesos (DCS o PLC) y sistemas de seguridad. Los sistemas SCADA se encargan de

recabar la información.



La ventaja de utilizar este tipo de sistemas en estos procesos es que se tiene concentrada la

información y se puede accesar a ella en tiempo real, además de contar con alarmas que

involucren a todos los sistemas que se encuentren involucrados en el proceso de

perforación y extracción.

Sistemas de tratamiento de agua

En las plantas industriales normalmente se cuenta con plantas de tratamiento de aguas; los

sistemas SCADA se utilizan como poderosas herramientas para minimizar los tiempos

muertos, reducir los costos de operación y minimizar el tiempo de desarrollo de aplicación,

creando un puente entre las áreas de sistemas, sistemas de administración de información, y

las instalaciones de agua, ya que se puede tener el monitoreo de la planta, de manera remota

desde un cuarto de control o en oficinas gerenciales, ya que este tipo de plantas se

encuentra aislada de los procesos.

En este tema pudimos ver una pequeña aplicación de los sistemas SCADA, pero no

olvidemos que los sistemas SCADA se pueden aplicar en un gran número de procesos.


De acuerdo a lo visto en una aplicación SCADA, realice la siguiente actividad.





botón.




Describa las redes que conforman su sistema de control y, a partir de ello, determine si el

sistema en el que labora puede integrarse a un SCADA.

Si la respuesta es afirmativa, explique cómo lograr la comunicación de su sistema a un

SCADA, es decir, qué tipo de driver necesitaría tener el sistema SCADA.

Si la respuesta es negativa, fundamente por qué.

Para enviar su respuesta, pulse el botón Editar mi envío; se mostrará un editor de texto en

el cual puede redactar su información; una vez que haya concluido, salve su actividad

pulsando el botón Guardar cambios




Los sistemas SCADA pueden ser implementados en múltiples tipos de industria por las

características que ya hemos revisado.

Para tener ejemplos a partir de sus experiencias, participe en el Foro “Aplicaciones

SCADA”; describa en qué proceso (o procesos) de su planta se puede incorporar un sistema

SCADA y en qué consistiría (redes, servidores, estaciones, drivers de comunicación, etc.).

Posteriormente lea las participaciones de sus compañeros y comente si sus ejemplos están

de acuerdo con las características de aplicación de los sistemas SCADA.

Para escribir su aportación pulse sobre el vínculo Responder y a continuación redacte su

comentario.



Evaluación 1

Seleccione la opción que responda correctamente a las preguntas.





botón.



Evaluación 2

De acuerdo con lo revisado en este módulo y la importancia que tienen los sistemas de

control automático, realice la siguiente evaluación.

Descargue el siguiente archivo: Caso final - sistemas de control, en donde le

presentamos el caso de una empresa y una serie de preguntas en torno a su sistema de

control. Para responder cada pregunta subraye la opción correcta y enseguida redacte los

motivos que justifiquen por qué esa respuesta es la adecuada.

Realice la actividad, guárdela en su computadora y una vez que concluya, presione el

botón Examinar. Localice el archivo, y ya seleccionado, presione Subir este archivo para

guardarlo en la plataforma.

http://www.cuaed.unam.mx/ec/moodle/file.php/28/modulo7_sistemas_de_control/u3/img_self/caso_final_sistemas_de_control_u3t4_1.doc

http://www.cuaed.unam.mx/ec/moodle/file.php/28/modulo7_sistemas_de_control/u3/img_self/caso_final_sistemas_de_control_u3t4_2.doc





Paperback

Clarke, Gordon (2004), Oxford

Meier, Frederick A. y Meier Clifford A., Instrumentation and Control Systems

Documentation, ISA




Los sistemas SCADA son sistemas que se utilizan en cualquier proceso; revise el siguiente

caso y conteste las siguientes pregustas seleccionando la respuesta correcta.

En su planta existen tres áreas, las cuales cuentan con:

Área 1: PLC´s con conexión Modbus TCP/IP

Área 2: SCD con comunicación serial RS232

Área 3: S&F con PLC´s con conexión Modbus TCP/IP





botón.



Sistemas de Control

Materiales

Creus, Antonio (1987), Simulación y Control de Procesos por Ordenador, Ed.

Marcombo

Coulouris, George (2001), Sistemas Distribuidos, Tercera Edición, Madrid:

Addison Wesley

Herramientas Materiales

Pulse sobre el nombre para ir al contenido.

Caja de herramientas 1





Caja%201%20herramientas%20Sistemas%20de%20control.docx

caja%20de%20herramienta%20(2)%20sistemas%20de%20control.docx

caja%203%20Sistemas%20de%20Control.docx

Caja%204%20Sistemas%20de%20Control.docx

caja%205%20Sistemas%20de%20Control.docx



Forma de trabajo.

Este módulo está diseñado para que usted adquiera los conocimientos teóricos

fundamentales de los sistemas de control automático y así logre una mayor habilidad en

cuanto al uso adecuado de estos sistemas, por lo que se le presentarán diversos ejercicios

para que usted desarrolle esta habilidad.

El módulo consta de tres unidades que serán cursadas en cuarenta horas, con una duración

aproximada de cinco semanas.

En cada unidad usted encontrará:

1. Actividades de inducción, que le permitirán adentrarse en el estudio de la temática

que será abordada; los ejercicios incluidos no contarán para su calificación final.

2. Actividades de aprendizaje, que se encuentran al final de cada tema, para

confirmar y aplicar los conocimientos adquiridos; los ejercicios de la actividad se

realizarán por medio de cuestionarios en donde usted deberá elegir las respuestas

correctas respecto a las situaciones que se presentan.

3. Evaluación. Al finalizar cada tema se le presentarán ejercicios que contarán con la

misma mecánica de las actividades de aprendizaje.

4. Actividades integradoras. Por cada unidad usted resolverá un ejercicio en el que

podrá integrar los conocimientos obtenidos en las temáticas tratadas.

5. Foro. En cada unidad se le presenta un foro en el cual usted podrá dar solución a

una problemática específica planteada por su asesor, así como también podrá

externar sus dudas y comentarios respecto a los temas estudiados. Este espacio es de

gran importancia, porque podrá entrar en contacto con su asesor y con sus

compañeros de grupo, con quienes también tendrá la oportunidad de compartir sus

impresiones en torno a los contenidos, e intercambiar sus comentarios.

6. Actividad final, la cual se presenta al finalizar la última unidad y plantea un caso en

el que debe considerar los temas de todo el módulo para solucionar las preguntas

que se incluyen.

Evaluación del módulo

Para la evaluación de este módulo se tomará en cuenta la realización de las actividades de

aprendizaje, las evaluaciones, las actividades integradoras y los foros de discusión, que



serán promediados según se establece en los criterios de acreditación del módulo y que le

recomendamos consulte.

Materiales

Para la realización adecuada de sus actividades, usted contará con los contenidos

proporcionados al interior de cada tema; sin embargo, en la caja de herramientas podrá

descargar algunos materiales que le serán de utilidad para las unidades, por lo que le

pedimos consulte este espacio.

No olvide que contará con el apoyo de su asesor para cualquier consulta que desee realizar

en torno a los temas tratados y las actividades propuestas.

Criterios de acreditación

Sistemas de Control

Documents

Transcript of Sistemas de Control