Vientos de cambio en el diseño de sistemas de control

La ejecución de proyectos utilizando un entorno virtual altamente integrado de sistema de control de procesos combina software y redes para desacoplar las aplicaciones de control de los equipos físicos, y los controladores de las E/Ss físicas, lo que reduce el costo de capital, genera estandarización y elimina trabajo sin valor agregado.

 

El mundo está cambiando a un ritmo sin precedentes, lo que explica que las tecnologías de control de procesos hayan respondido adoptando principios de ejecución de proyectos Lean, software y redes para desacoplar las aplicaciones de control de los equipos físicos, y los controladores de las E/Ss físicas.

Los diseños modulares permiten que múltiples controladores puedan formar un controlador virtual. Tales tecnologías, que se usan en una economía global conectada, permiten que las decisiones de negocio sean ágiles y exactas.

Los procesos deben ejecutarse con rapidez y eficiencia, mientras los proyectos deben completarse a tiempo y dentro del presupuesto. Dentro de este contexto, los operadores deben reaccionar a circunstancias cambiantes con una confianza basada en datos disponibles y precisos.

La tecnología debe promover el éxito, no obstaculizarlo. Hay pocos entornos tecnológicos que sean más complejos que los que requieren los sistemas de control industrial. Estos entornos deben incorporar funciones críticas, que incluyen ciberseguridad, redundancia, redes de alta velocidad y operaciones determinístiucas, de modo que los usuarios puedan controlar instalaciones de proceso de seguridad crítica con los más altos niveles de confiabilidad.

Los sistemas de control han estado en las industrias de procesos desde hace más de 30 años. Al día de hoy, estas industrias tienen la oportunidad de reducir el costo de capital pasando de personalización a estandarización y eliminando cantidades considerables de trabajo sin valor agregado. En el caso de sistemas ya instalados, las mejoras en las operaciones permiten convertir datos en conocimiento y transformar el conocimiento en una acción más precisa.

En definitiva, la industria de procesos tiene la oportunidad ahora de ejecutar proyectos en menos tiempo y con un menor riesgo mientras va mejorando la producción, la calidad y la confiabilidad de las operaciones.

Dentro de este contexto, décadas de implementaciones y colaboración con los usuarios han permitido determinar claramente cuáles son los puntos críticos que impiden tener eficiencia en un proyecto y limitan la posibilidad de alcanzar y sostener las mejores en las operaciones. Para superar estos obstáculos, se puede hablar de una nueva manera de implementar y operar sistemas de control integrando un entorno virtual.

 

Vientos de cambio en el diseño de sistemas de control
Ejecución de un proyecto con una nueva generación de sistemas de control: Honeywell Experion PKS HIVE (Honeywell Integrated Virtual Environment). Utiliza principios de ejecución de un proyecto Lean, software y redes para desacoplar las aplicaciones de control de los equipos físicos, y los controladores de los dispositivos de E/S físicos. El diseño modular permite que múltiples controladores puedan formar un solo controlador virtual.

 

Proyectos Lean de automatización

La automatización puede ser implementada aplicando métodos de ejecución Lean en proyectos de automatización. Tal estrategia elimina las dependencias tradicionales que solían forzar que los flujos de un proyecto sean secuenciales combinando dispositivos de E/S universales, virtualización, ingeniería virtual y comisionamiento automatizado.

Procediendo de esta manera, se separa el diseño físico del diseño funcional, quedan eliminadas dependencias de tareas, se utilizan diseños estandarizados y se consigue que la ingeniería pueda estar en cualquier lugar en el mundo, lo que hace bajar claramente el riesgo y el costo.

 

Menos complejidad, diseño modular

Las nuevas generaciones de tecnologías de sistemas de control utilizan principios de ejecución de proyectos Lean, software y redes para desvincular las aplicaciones de control de los equipos físicos y los controladores de las E/Ss físicas. Esto permite implementar los sistemas de control en menos tiempo, con un menor costo y riesgo,y con construcciones modulares más simples, lo que transforma la manera en que se mantienen los sistemas de control. Se pasa de una gestión diaria de servidores a un centro de datos centralizado, donde expertos y protocolos ya establecidos podrán mitigar el riesgo de ciberseguridad, permitiendo que los ingenieros de planta puedan enfocarse más proactivamente en la optimización del sistema de control.

Eliminando la complejidad, desacoplando el control de la plataforma física y reduciendo los costos de informática, se consigue remover los obstáculos que impiden simplificar el diseño, la implementación y la gestión del ciclo de vida de un sistema de control en las operaciones de un proyecto.

 

Diferencias de arquitectura

Mover las E/Ss al campo acerca el control de proceso a las unidades de producción.

En este sentido, hoy en día, los centros de control se ven abarrotados con gabinetes de sistema personalizados conteniendo enormes cantidades de cableado con poca documentación. Distribuir el sistema de control más cerca de los equipos de proceso se traduce en mayores ahorros de proyecto con una menor cantidad de cables y de horas de ingeniería en un espacio más pequeño.

Algunas instalaciones han implementado estrategias de E/Ss remotas para reducir los costos de proyecto, pero también hay otras ventajas inherentes, tales como ejecución de proyectos modular y en paralelo.

Para llegar a una nueva clase de beneficios, piense en una red de E/Ss de campo Ethernet de alta velocidad que conecte controladores a E/Ss universales montadas en las áreas de producción. Dichas comunicaciones deberían ser ciberseguras con un firewall incorporado y mejorado con tecnologías de encriptación donde sea necesario, mientras se utiliza una tecnología capaz de manejar el inevitable aumento en la cantidad de datos sensados.

 

Ventajas de la nueva arquitectura

1.- La capacidad de descubrimiento de las E/Ss universales permite que un controlador pueda acceder a cualquier módulo de E/S y canal conectados. El método tradicional de comunicación del controlador con las E/Ss requiere la conexión física directa uno a uno entre el controlador y el gabinete de E/Ss. La E/S en red elimina una cantidad considerable de planificación y trabajo manual. El diseñador del sistema implementa la estrategia de control y la asigna a un controlador que encontrará su correspondiente E/S, lo que disminuye las tareas de planificación e ingeniería de un proyecto.

2.- La capacidad de control disponible permite usar una opción simple de software para entregar control redundante con un desempeño de alta velocidad. Como subconjunto de un controlador de proceso, estas capacidades aportan control regulatorio, secuencial y lógico, eliminando la necesidad de una complicada integración de subsistemas.

3.- Un punto de acceso wireless universal provee comunicación cableada o inalámbrica a instrumentos de campo y permite que las E/Ss de campo sean un punto de acceso wireless, si es necesario. Esto permite a los operadores de campo ejecutar procedimientos digitales con acceso en vivo a datos del sistema de control durante el comisionamiento  y operaciones.

4- El comisionamiento modular de los gabinetes de E/Ss es independiente del sistema de control. Gracias a esta capacidad, los controladores pueden correr en una laptop, ser instalados en un gabinete remoto y realizar un conjunto de actividades de comisionamiento como si estuviera conectado al resto del sistema de control, lo que equivale a flexibilidad.

Todas estas capacidades combinadas aportan una importante ingeniería, que permite ejecutar un proyecto en menos tiempo y con un menor riesgo. Por ejemplo, el hecho de eliminar el riesgo y el retrabajo inherentes a cambios de último momento, evita que la automatización se convierta en un camino crítico (un cuello de botella hasta su finalización). Agregar una nueva E/S como resultado del cambio extiende la red del sistema de control sin necesidad de cambios complicados en el sistema de control.

 

Distribuir el sistema de control más cerca de los equipos de proceso se traduce en ahorros de proyecto con menos cables y horas de ingeniería en un espacio más reducido.

 

Un solo controlador virtual

La ingeniería de control tradicional durante un proyecto requiere una planificación meticulosa, ya que responde a un concepto jerárquico rígido definido por relaciones físicas entre controladores y E/Ss. Las ineficiencias, el retrabajo y el riesgo se materializan durante los cambios de último momento aparentemente inevitables en lo que hace a E/Ss o controles, lo que requiere la reconfiguración física del sistema.

Al permitir que los múltiples controladores físicos aparezcan como un solo controlador virtual, la arquitectura de control se convierte en un centro de datos del controlador, donde la carga de controles de proceso puede ser balanceada automáticamente entre los recursos informáticos disponibles del controlador. Las ventajas son muy importantes, en especial cuando se aplican al procesamiento de cambios de último momento, lo que evita tener que asignar manualmente estrategias de control a controladores específicos.

 

Recorte de los costos informáticos en control de procesos

La tecnología de virtualización reduce los costos de informática al eliminar la cantidad de nodos IT físicos en hasta un 80%. Sin embargo, aun en estos casos, se puede seguir operando con una infraestructura de IT por razones de confiabilidad. Usando virtualización también disminuyen los costos del ciclo de vida, ya que se pueden replicar archivos de máquinas virtuales externas a nivel local.

Esta arquitectura tolerante a fallas, al desprenderse de la mayor parte de la infraestructura informática de un control de proceso, acepta operaciones centrales, eliminando los costos asociados con una infraestructura informática de sistema de control implementada en cada instalación. Esta arquitectura tiene el mismo nivel de alta confiabilidad esperada en un control de proceso crítico.

Este método de consolidación de múltiples sitios hace posible implementar una estandarización que es un aspecto crítico a la hora de mantener la infraestructura informática de control de procesos. ¿El resultado? Los ingenieros de control de procesos pueden enfocarse en optimización en lugar de realizar tareas administrativas.

 

Comisionamiento más rápido

Una arquitectura distribuida virtual cambia la forma de asignar dispositivos a módulos de E/S, estrategias de control a controladores y recursos informáticos a servidores. Por ejemplo, en lugar de tender físicamente cables de fibra óptica desde una sala de control central a la hora de agregar un gabinete de campo, se puede agregar el gabinete a la nueva arquitectura y aprovechar el descubrimiento de E/Ss universales.

Los procesos tradicionales requieren un rebalanceo del control o mover estrategias de control y módulos de E/S asociados con un recomisionamiento de los dispositivos. Compare las diferencias en estos tres escenarios de cambios de último momento con lo que ofrece la nueva plataforma:

  • Agregar un gabinete a la arquitectura;
  • Agregar otro controlador a la arquitectura;
  • Cargar nuevas estrategias de control.

Menos trabajo acelera la velocidad y la eficiencia del proyecto al desacoplar la asignación de módulos de E/S y estrategias de control desde controladores específicos. Este novedoso concepto se traduce en una nueva generación de beneficios.

 

Preparado en base a una presentación de Jason Urso, vicepresidente y CTO de Honeywell Process Solutions.

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