En gran parte de nuestra retórica, el concepto de resiliencia va sumándose a seguridad, productividad y sustentabilidad como atributos claves de las mejores operaciones.

Resiliencia: Cada vez más importante

la hora de pensar en las palabras que más se usan desde el inicio de la pandemia de COVID-19, ‘incierto’ y ‘desafiante" estarían claramente en los primeros lugares. Pero en el contexto de las operaciones industriales y los sistemas que las controlan, ‘resiliencia’ también podría encontrar un lugar de privilegio.

Seis meses atrás, lo más probable era que uno pensara en temas como agilidad y flexibilidad de los sistemas de producción, resaltando la capacidad de esos sistemas de responder a condiciones de mercado y demandas de consumidores rápidamente cambiantes. Pero con la pandemia, ese enfoque se ha desplazado a resiliencia, una cualidad que abarca tanto agilidad como flexibilidad, pero que además incorpora capacidad de respuesta a eventos potencialmente dañinos o incluso desastrosos. De hecho, la resiliencia se ha sumado ahora a seguridad, productividad y sustentabilidad como atributos clave de las mejores operaciones.

Por ejemplo, en el reciente evento virtual Digital Days de Hannover Messe, Badr Al-Olama, titular de GMIS (Global Manufacturing and Industrialization Summit), señaló que resiliencia, flexibilidad y sustentabilidad serán los tres factores más importantes en manufactura en los próximos años. También destacó la importancia de incorporar las tecnologías digitales representativas de la cuarta revolución industrial a fin de fortalecer las cadenas de valor, localizar capacidades y mantener operaciones.

Asimismo, un reciente estudio de Boston Consulting Group apuntó a resiliencia como el factor clave en momentos de estrés. Gracias a la resiliencia, señaló que algunas empresas superan a sus pares durante las recesiones mientras que muchas otras pierden terreno o no sobreviven. En las últimas cuatro recesiones desde 1985, una de cada siete empresas aumentó tanto su tasa de crecimiento de ventas como sus ganancias.

A medida que el mundo de negocios se vuelve cada vez más incierto y volátil, las empresas que han desarrollado capacidades para abordar aspectos como ambigüedad e imprevisibilidad tendrán más probabilidades de prosperar, concluye el estudio.

 

Nuevo significado para resiliencia de sistema

En el ámbito del control de procesos, los usuarios siempre han tenido la opción de redundancia del sistema de control para asegurar la continuidad de sus operaciones. Por cierto que los hot standbys son eficaces para evitar la parada de un proceso debido a una falla de controlador, pero no son una solución muy eficaz desde la perspectiva de asignación de recursos, y sólo se aplica a las operaciones más críticas de una planta.

El lanzamiento reciente de R520 de Honeywell es un avance en el camino hacia sistemas de control distribuido más escalables y resilientes. En este sentido, su plataforma HIVE (Highly Integrated Virtual Environment) eliminó la tradicional dependencia entre E/Ss de sistema y un controlador en particular, lo que significa que cualquier controlador puede interactuar directamente con cualquier E/S.

De esta forma, R520 permite a los usuarios asignar automáticamente funciones de control a distintos controladores, explicó Brian Reynolds, director de ingeniería en Honeywell Process Solutions, durante un reciente evento de Virtual Technology. Pero lo más importante quizás sea el hecho de que permite que las tareas de control puedan ser transferidas automáticamente a cualquier otro controlador con recursos informáticos disponibles en caso de una falla del controlador.

"Permite que el control de procesos sea más resiliente que antes y facilita la migración sin interrumpir el proceso”, explicó Reynolds. “En el futuro habrá una mezcla de controladores virtuales y embebidos, o sea múltiples generaciones todas operando juntas en un entorno virtual.

En muchísimas ocasiones es importante tener acceso a mediciones o al control de dispositivos en sitios muy alejados de la planta, o bien en activos que pertenecen a la empresa pero que están distribuidos en un área geográfica muy extensa (dentro del país o incluso en el extranjero).

Como ejemplos se puede mencionar mediciones en tanques con materia prima o productos terminados, control de bombas que toman aguas de pozos o de un río, monitoreo del caudal del agua retornada a un cauce natural luego del tratamiento, medición de nivel y temperatura en silos de granos, control de sistemas de riego artificial, monitoreo de calidad de agua, etc.

Monitoreo de sitios remotos con tecnología IIoT

Dispositivos Ranger

El objetivo de estos dispositivos de SignalFire es monitorear e incluso controlar activos remotos sin recurrir a sistemas tradicionales como SCADAs, PLCs, Remotas, etc.

La solución, que lleva los datos del sensor directamente a una interface en la nube, es fácil de usar y accesible desde una interface web, incluso desde un teléfono móvil. Se puede conectar a sensores existentes con salidas analógicas, de pulsos o discretas para monitorear distintos parámetros, tales como presión, nivel, caudal, temperatura, etc.

El GPS incorporado en el equipo también permite la geolocalización de los datos en aplicaciones con activos móviles, por ejemplo tanques de materia prima.

 

Monitoreo de sitios remotos con tecnología IIoT

 

Conectividad basada en IIoT

La solución celular integra lo más moderno en tecnología inalámbrica, permitiendo la conectividad directa desde un sensor a una plataforma en la nube.

Usando LTE-M (abreviatura de LTE Cat-M1), esta tecnología permite a los dispositivos de IoT conectarse directamente a una red 4G sin un gateway o enlace intermedio. El Ranger está diseñado para lo que se conoce como IIoT, o sea integración de información de planta o campo en Internet utilizando la estructura de las redes móviles (LTE M1).

 

Entradas/salidas

En su configuración estándar, el dispositivo Ranger dispone de una entrada analógica de 1-5 V o 4-20 mA, dos entradas discretas (que también pueden ser pulsos de caudalímetros, de hasta 2 kHz) y una salida discreta (relé tipo 'latch' de bajo consumo). En consecuencia, se lo podrá conectar a cualquier transmisor con salida 4-20 mA, alimentarlo con las baterías internas y reportar en intervalos configurables (por ejemplo, cada 30 minutos) el valor medido (presión, nivel o temperatura).

Si bien SignalFire ofrece servicio de servidor para que el usuario pueda acceder a los datos (alojamiento en servidores de AWS – Amazon Web Services), también puede enviar la información al sistema SCADA del usuario siempre que soporte el protocolo MQTT.

Como opcional, se puede agregar al Ranger un módulo que suma (2) Entradas analógicas y (1) Entrada discreta, por lo que se podría llegar a tener en un solo equipo hasta (3) AI, (3) DI y (1) DO. De esta forma, con un solo dispositivo se consiguen simultáneamente (3) mediciones de 4-20 mA o 1-5 V, hasta (3) mediciones de caudal (caudalímetros con salidas de pulsos) y la posibilidad de controlar algún dispositivo con la salida discreta (por ejemplo, una bomba o una válvula). 

También se dispone de un módulo con comunicación Modbus para facilitar la integración con los gateways tradicionales de SignalFire con tecnología de 900 MHz, o con cualquier otro dispositivo que use este protocolo (caudalímetros, computadores de caudal, PLCs, cromatógrafos, etc.).

 

Monitoreo de sitios remotos con tecnología IIoT
Entradas/salidas de un dispositivo Ranger.

 

Reportes de alarmas

Existe la posibilidad de recibir alarmas por email o SMS en caso de que se active alguna entrada discreta (por ejemplo, alguna alarma de alto o bajo nivel, presostato, etc.).

De esta manera, el usuario siempre estará alertado si ocurre alguna situación anormal.

 

Batería y autonomía

El dispositivo Ranger está dotado de un pack de baterías de larga duración. En cada transmisión de datos reporta al usuario la tensión de la batería (en mV) y el estado de la misma (si debe reemplazarse o no). Cuando sea realmente necesario, el reemplazo de la batería puede hacerse sin necesidad de retirar el equipo del lugar donde está instalado, ya que es apto para áreas clasificadas.

Como opcional, también está disponible con pack de alimentación solar que hace innecesario el reemplazo de las baterías y le otorga al sistema una autonomía de muchos años.

 

Configuración

La programación se hace a través de una interface USB con el software Ranger Toolkit, que puede ser descargado en forma gratuita de la página web de SignalFire. Con la aplicación es posible configurar los parámetros de conexión a la red (broker de MQTT), las características de las entradas y el intervalo de actualización de los datos.

Muchos de estos parámetros también pueden ser modificados luego desde la web, una vez que el equipo ya está instalado en su ubicación definitiva, sin necesidad de desplazarse hasta el sitio.

 

Integración de redes wireless de 900 MHz

Las soluciones de instrumentación inalámbrica de SignalFire están basadas en nodos que utilizan una estructura mesh y se comunican con un concentrador o gateway en la banda de 900 MHz. Esto permite resolver aplicaciones con muchos puntos de medición distribuidos en un alcance de alrededor de 800 m.

Hay disponibles transmisores de campo wireless para señales analógicas (4-20 mA y 1-5 V) y discretas, sensores de temperatura (RTD y termocuplas), pulsos (caudalímetros), presión, nivel e interfase con sensor magnetoestrictivo, dispositivos HART o Modbus, etc. 

El Ranger es el complemento ideal para estos sistemas, cuando el usuario tiene varios sitios remotos instrumentados y quiere disponer de la información en su sistema. Agregando un módulo Modbus en el Ranger es posible transmitir a la nube la información de todas las mediciones de campo que fueron registradas por los dispositivos wireless de cada locación y concentradas en el gateway.

Tanto el gateway de 900 MHz como el Ranger cuentan con aprobación para ser instalados en áreas clasificadas (Clase I, División 2), lo que permite su uso en todo tipo de instalaciones en las industrias de petróleo y gas, petroquímica, minería, etc.

 

Sistemas de válvulas de shut-down

Para el accionamiento de válvulas de emergencia, dado que es frecuente utilizar la presión neumática generada a partir de un banco de cilindros con nitrógeno (como suministro principal o como respaldo), el Ranger puede ser una excelente solución para monitorear el estado de dicho suministro y garantizar la disponibilidad cuando sea necesario. Una falla en el sistema neumático podría hacer que la válvula de seguridad no pueda cerrarse en la condición de emergencia, con graves consecuencias para la instalación, el ambiente, el proceso, etc.

De acuerdo con la instrumentación ya instalada, se podrán transmitir señales discretas de presostatos de baja y alta presión, la señal de un transmisor de presión analógico o incluso incluir el monitoreo de la posición de la válvula o el disparo de la misma en forma remota.

 

Monitoreo de sitios remotos con tecnología IIoT
Sistema de válvulas de shut-down.

 

Suministro de gases especiales

Hay muchos dispositivos importantes que requieren el suministro de gases especiales para su correcto funcionamiento. Un claro ejemplo son los cromatógrafos, que utilizan helio (alternativamente puede ser nitrógeno, argón, etc.) como gas ‘carrier’ para tranportar los componentes de la muestra, y cuya presión debe estar garantizada dentro del rango especificado por el fabricante.

En este caso, el Ranger, además de ser importante para monitorear el estado de este suministro y coordinar la logística del reemplazo de los tubos de gas carrier agotados, podrá utilizarse incluso para transmitir los resultados de los análisis del cromatógrafo si se incorpora el módulo con comunicación Modbus/RTU.

Algo similar puede implementase con otros gases, como en el caso del suministro de oxígeno para centros de salud. En esta aplicación habitualmente se distribuye oxígeno líquido que se almacena en un taque de gran capacidad y luego se vaporiza en el sitio donde se va a utilizar, por lo que el Ranger podria integrarse con la medición de nivel en el tanque de almacenamiento y con la medición de caudal si estuviera disponible.

 

Monitoreo de sitios remotos con tecnología IIoT
Suministro de gases especiales.

 

Monitoreo de tanques de almacenamiento y consumo de GLP a granel

El GLP (propano y butano) se utiliza como fuente de energía en muchísimos sitios que no tienen acceso a la red de gas natural. En muchos casos, las empresas distribuidoras instalan pequeños tanques de almacenamiento en la locación del usuario, y deben programar un recorrido para recargar el GLP a medida que se va consumiendo. Esto hace que, en muchos casos, la logística no sea la ideal, ya que pueden visitarse sitios que no requieren una recarga o, por el contrario, correr el riesgo de dejar sin suministro a un usuario que ya consumió lo que tenía almacenado.

El Ranger puede convertirse en una excelente fuente de información para que la empresa encargada del suministro tenga información en tiempo real de sus usuarios, y poder programar el recorrido de la flota de camiones para las recargas en forma óptima.

De acuerdo a la instalación, el Ranger podrá tomar información de un transmisor de nivel y/o de presión en el tanque o en la línea de alimentación al consumo, o incluso de un caudalímetro si el usuario lo tuviera instalado, de modo que la empresa pueda facturar por el GLP consumido (como suele ocurrir en algunas instalaciones industriales o grandes consumidores).

 

Monitoreo de sitios remotos con tecnología IIoT
Monitoreo de tanques de almacenamiento y consumo de GLP a granel.

 

Medición de estaciones de regulación de gas natural

En las redes de distribución de gas natural es habitual encontrar estaciones de regulación de presión basadas en válvulas auto-reguladoras, e incluir medición de caudal del gas tomado de la red. En estos casos, el Ranger puede aceptar en sus entradas analógicas de 4-20 mA o 1-5 V las señales de sendos transmisores de presión ubicados aguas arriba y aguas abajo de la reguladora, y del caudalímetro en una de sus entradas discretas, ya que aceptan señales de pulsos de hasta 2 kHz.

También podría monitorearse el estado de una válvula de bloqueo del suministro si la misma tiene disponible los correspondientes interruptores de posición. De esta manera, el operador podría recibir una alarma (email o SMS) cuando la válvula cambia de posición.

 

Monitoreo de sitios remotos con tecnología IIoT
Medición de estaciones de regulación de gas natural.

 

 

Sistemas de alerta temprana de inundaciones

El monitoreo de las alturas de cauces de agua (arroyos, ríos, lagos, etc.) puede ser una herramienta muy importante para implementar sistemas de alerta temprana de inundaciones para tomar medidas de contención o paliativas. Dado que los puntos de monitoreo pueden estar distribuidos en grandes extensiones, toda una provincia o a lo largo de un río que recorre varias provincias, la solución que ofrece el Ranger es ideal, ya que sólo requiere una cobertura de LTE-M1. La medición de nivel puede implementarse, por ejemplo, con un sensor ultrasónico o un radar sin contacto, alimentado por el propio dispositivo a través de sus baterías internas.

El GPS incorporado permite vincular inequívocamente las mediciones con la posición geográfica real del punto.

En algunos casos, la medición de nivel también puede complementarse con algún sensor de velocidad del agua, que puede ser integrado al Ranger usando una señal de 4-20 mA o Modbus.

 

Control de suministro de agua

Aprovechando todas las entradas y salidas, el Ranger puede resolver el monitoreo y control completo de un sistema de almacenamiento de agua, como los que suelen utilizarse en aplicaciones de riego. Usando el módulo con E/Ss adicionales, el Ranger puede tomar la lectura del sensor de nivel del reservorio y la presión de impulsión de la bomba a partir de las señales de 4-20 mA, del caudal de la bomba con una entrada de pulsos (o alternativamente también como 4-20 mA), del comando de la bomba a través de la salida de relé tipo latch, y del estado de la misma mediante dos entradas discretas.

De este modo, el operador podrá recibir un mensaje de alarma cuando el nivel en el reservorio está por debajo de un determinado valor, y encender la bomba en forma remota para recargarlo, monitoreando la performance de la misma.

 

Monitoreo de sitios remotos con tecnología IIoT
Control de suministro de agua.

 

Logística de distribución de productos químicos

Las empresas dedicadas al suministro de productos químicos necesitan tener un estricto control de las existencias en los usuarios finales para programar adecuadamente la reposición del producto consumido. En algunos casos también es importante la localización de los tanques ya que los mismos pueden ser móviles y desplazarse a diferentes ubicaciones. Un ejemplo sería la distribución de inhibidores de corrosión que se inyectan en pozos de producción de petróleo y gas, productos clorados para potabilización de agua, etc.

En estas aplicaciones, el Ranger ofrece las dos soluciones al mismo tiempo, ya que, por un lado, transmite la información del sensor de nivel (o los interruptores de alto y bajo nivel) dispuesto en el tanque, y, por el otro, actualiza permanentemente su localización gracias al GPS incorporado.

De este modo, el responsable de la logística sabrá convenientemente cuándo debe enviar más producto a destino, y dónde está ubicado el tanque.

La plataforma de SignalFire en la nube ofrece la geolocalización como estándar, y se la puede acceder mediante cualquier navegador web, tanto en computadoras como en tablets o celulares.

 

Preparado por el Ing. Pablo A. Batch, Gte. Ingeniería y Servicios, Esco Argentina S.A.

Las capacidades de una sala de control en operaciones de campo

Experion PPC (Panel PC) de Honeywell combina la interface HMI Experion con la funcionalidad de una pantalla táctil en un display optimizado de pantalla ancha de 1080p, mejorando así la eficacia del operador de campo en un 20% en condiciones anormales.

La unidad está certificada para ubicaciones peligrosas Clase 1, División 2, y se puede usar en toda la planta mientras responde a las demandas más exigentes y rigurosas de control de proceso en tiempo real en condiciones ambientales extremas.

La posibilidad de extender Experion HMI desde la sala de control a las operaciones de campo permite a los usuarios en una amplia gama de industrias reducir considerablemente el costo total de propiedad. Según las necesidades de disponibilidad del sistema, la unidad se puede desempeñar como estación Experion HS remota, como servidor Experion HS Panel con estación o como cliente delgado remoto que se conecta con la estación de ingeniería. Estos modos de operación flexibles responden a las necesidades de distintas arquitecturas, mejoran el tiempo de puesta en marcha y comisionamiento y reducen los costos de integración de datos.

Sistema de visualización basado en tecnología web

 

En la reciente exposición ‘SPS: Smart Production Solutions’ en Nurenberg, Alemania, Siemens presentó un sistema de visualización completamente nuevo para operadores de control y monitoreo, conformado básicamente por el software de visualización Simatic WinCC Unified y los nuevos paneles Simatic HMI Unified Comfort Panels. El nuevo sistema es una solución para aplicaciones HMI y SCADA y, en el futuro, también cubrirá Industrial Edge, aplicaciones en la nube y realidad aumentada.

El runtime del nuevo software de visualización en TIA Portal (Totally Integrated Automation Portal) se basa en tecnología web nativa, por ejemplo HTML5, SVG y JavaScript. La gran escalabilidad de la nueva plataforma se traduce en soluciones integrales, desde aplicaciones a nivel de máquinas hasta sistema SCADA.

El diseño de este sistema apunta a una apertura total. A tal fin se dispone de interfaces API abiertas, tales como TIA Portal Openness, que permiten, por un lado, conseguir una ingeniería automatizada y, por el otro, simplificar el intercambio de datos durante las operaciones. De esta forma, el usuario puede tener un ODK (Open Development Kit), además de la posibilidad de integrar otras aplicaciones en la interface de usuario de WinCC Unified.

La ingeniería se integra al TIA Portal como marco de ingeniería, lo que incluye modernos lenguajes de programación y un flujo continuo de datos. Una vez creados todos los componentes, se los pueden reutilizar en todas las plataformas, sea a nivel de operador, en la PC o como aplicaciones en la nube o en Edge. Se puede acceder a WinCC Unified Runtime a través de todos los navegadores de Internet sin necesidad de instalar plug-ins individuales.

 

Sistema de visualización basado en tecnología web

 

En su primera versión, WinCC Unified está disponible para soluciones con paneles y PC. La aplicación del WinCC Unified en Edge y en la nube podrá concretarse en una etapa de desarrollo posterior.

Junto con el sistema Simatic WinCC Unified, Siemens también presentó la nueva generación de paneles Simatic HMI Unified Comfort, que están disponibles con pantallas de 7 a 22 pulgadas y tecnología multitáctil capacitiva, ofreciendo un alto grado de usabilidad, similar al de un smartphone o una tableta.

Gracias al brillo de los colores y el contraste, se mejora la lectura y la operación de estos paneles. La visualización se basa en Simatic WinCC Unified, con opciones a SVGs (Scalable Vector Graphics) dinámicos, amplios controles o ‘colaboración’ UI, además de un mecanismo para el intercambio de datos entre las estaciones WinCC Unified.

La capacidad de expansión de las funciones a través de las aplicaciones representa un cambio de paradigma en la familia de productos Simatic HMI. En el pasado, los paneles HMI se utilizaban exclusivamente para el software de visualización, pero ahora está la posibilidad de integrar la función Edge para utilizar simultáneamente otras aplicaciones en los dispositivos.

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.

Optimización dinámica en tiempo real

 

Los sistemas de control avanzado de procesos mejoran la producción y reducen el consumo de energía al mantener los valores de temperatura, caudal, presión y otras variables de proceso dentro de un rango establecido y lo más cerca posible de sus valores óptimos, incluso en procesos de producción cuyos parámetros no son controlados fácilmente mediante sistemas de control convencionales. Tales sistemas de control avanzado se utilizan cada vez más en refinerías de petróleo, plantas petroquímicas, plantas químicas y otras.

Estos sistemas de control avanzado multivariable determinan el valor óptimo de las variables independientes de una planta, que se calcula en base a información relacionada con calidad y precios de materia prima, especificaciones y precios de producto y costos de energía. De esta forma, en un mercado tan dinámicamente cambiante, se puede optimizar la operación de una planta en tiempo real en base a los cambios ocurridos en materia prima, demanda del producto y condiciones de operación.

Combinando simulación de primeros principios y tecnología de control predictivo multivariable, el nuevo software Dynamic Real Time Optimizer (RT-OP) de la familia OpreX Asset Operations and Optimization de Yokogawa ofrece una optimización dinámica en tiempo real muy exacta usando modelos rigurosos en respuesta a condiciones de planta y mercado dinámicamente cambiantes.

RT-OP calcula los valores óptimos de las variables independientes de una planta con un alto nivel de exactitud. Desarrollado en base a la plataforma de simulación de procesos Petro-SIM de KBC, cuyo modelo de primeros principios realiza ‘cálculos inferenciales, tales como severidad de horno, degradación de catalizador, tasa de circulación de catalizador, carga de bandeja de columna de destilación, etc.’ y ofrece ‘actualizaciones de ganancia en caso de cambios’. RT-OP adquiere datos mediante conexiones online con el sistema de control y PIMS (Plant Information Management System) y realiza simulaciones para generar modelos rigurosos y calcular propiedades inferidas adicionales. En base a estos modelos y a las condiciones de operación, se calculan valores óptimos aplicando programación matemática y se los implementa online con el sistema de control avanzado.

 

Optimización de múltiples unidades

En aplicaciones de gran escala, los sistemas de control avanzado y optimización deben ser capaces de procesar rápidamente enormes cantidades de datos y tener la velocidad de procesamiento necesaria para calcular los valores óptimos en aplicaciones de tal tamaño. Pero hoy en día, los productos disponibles en el mercado sólo pueden resolver aplicaciones de tamaño pequeño a mediano y optimizar el control de unidades de proceso individuales.

Es en estos casos donde la plataforma de control avanzado y estimación de Yokogawa ofrece procesamiento de alta velocidad y puede controlar colectivamente aplicaciones de gran escala con múltiples unidades. Es una suite de software con las siguientes funcionalidades:

  • Control predictivo de modelos multivariable utilizando modelos de las características dinámicas de las respuestas de una planta;
  • Sensado inteligente para estimar calidad en tiempo real en base a temperatura, caudal, presión y otros variables de proceso;
  • Personalización de los cálculos.

Además, al usar tecnologías de simulación de KBC, RT-OP puede obtener los valores óptimos con una elevada exactitud incluso en procesos de reacción que muestran características no lineales.

 

Solución integrada con mayor capacidad de mantenimiento

La performance de los sistemas de control avanzado y optimización tiende a degradarse con el tiempo debido a cambios en las condiciones de operación, cambios en la actividad del catalizador y el envejecimiento de las instalaciones. RT-OP mantiene su performance de control avanzado incluso si hay cambios en la planta usando un modelo Petro-SIM online. La estructura de esta solución facilita el mantenimiento, lo que permite a los operadores lograr una performance óptima con casi ningún cambio en la carga de trabajo de mantenimiento.

El controlador lógico de campo ofrece control a nivel de dispositivo para reemplazar PLCs en aplicaciones simples de lógica.

Controlador lógico de campo: La próxima generación en control

Los controladores lógicos programables (PLCs), ya desde los años ’60, se convirtieron en los dispositivos más aceptados a la hora de automatizar y controlar la operación de máquinas.

Sin embargo, en los años recientes, muchos empezaron a cuestionar la razón por la que es necesario invertir en un PLC. Los dispositivos pueden llegar a ser costosos, requieren un software dedicado y muchas veces significan gastos adicionales en paneles y cableado. ¿El PLC y su costo son realmente la mejor opción para una aplicación que podría necesitar tan sólo un par de decenas y no centenas de puntos de E/S?

Con el advenimiento del controlador lógico de campo (FLC), la respuesta es no cada vez con mayor frecuencia.

FLC es una nueva categoría de control que aporta programación lógica a nivel de dispositivo. Es para los PLCs lo que significó en su momento el teléfono celular para los teléfonos fijos: una transformación en cuanto a flexibilidad, control y potencial. FLC permite agregar lógica simple a aplicaciones por medio de bloques de E/S Ethernet con tecnología FLC incorporada. Se lo puede usar junto con PLCs o como una solución autónoma que elimina por completo los PLCs de la ecuación.

Una de las principales ventajas del FLC es el ahorro en el gasto de actualización, compra o reemplazo de un PLC para ganar puntos de E/S y conexiones. También la posibilidad de llevar el control fuera del panel e implementarlo en entornos de campo exigentes, ya que los bloques cuentan con características avanzadas de IP para protección de ingreso. Además, la tecnología FLC hace que la programación sea accesible a ingenieros con todos los niveles de experiencia gracias a su interface y diseño simple y directo.

Al ser menor la cantidad de software y hardware que se requiere en manufactura, los FLCs ofrecen una programación más flexible y económica. En definitiva, es una tecnología que libera el potencial de los bloques de E/S para una revolución en lógica y control que no requiere un software dedicado.

 

Controlador lógico de campo: La próxima generación en control
Los FLCs ofrecen control a nivel de dispositivo para reemplazar PLCs en aplicaciones simples de lógica.

 

El origen del FLC y cómo trabaja

Turck desarrolló los primeros FLCs cuando los avances en tecnología de microprocesador hicieron posible una solución de control y programación capaz de responder a las demandas de los usuarios finales.

El costo de los PLCs y el software complejo y dedicado que requieren han sido siempre un problema. La demanda de los usuarios estaba en implementar una lógica simple con una interface clara basada en un navegador de web que pudiera ser programada por cualquiera. Era un momento cuando se necesitaba disponer de un entorno de programación de automatización que fuera fácil de usar.

Al mismo tiempo, los microprocesadores eran cada vez más poderosos y menos costosos, lo que significaba una funcionalidad avanzada sin aumentar el costo para los usuarios finales. Estos avances significaban que los bloques de E/S podían manejar tanto funciones de E/S estándar como responsabilidades de control que antes sólo se lograban con PLCs y con un costo mucho menor.

Para hacer posible este control, la tecnología de FLC de hoy en día utiliza un sistema de diagrama de flujo para programar en forma personalizada bloques de E/S Ethernet locales por medio de un navegador de web compatible con HTML5. A través de menús desplegables, es posible configurar múltiples condiciones, operaciones y acciones en un solo bloque:

  • Condiciones – Corresponden a condiciones de entrada. Como ejemplos de este tipo de condiciones se puede mencionar un temporizador que finaliza, un contador que finaliza o llega a un determinado valor o una entrada de sensor que pasa a ser verdadera.
  • Operaciones – Incluyen operaciones booleanas.
  • Acciones – Corresponden a condiciones de salida  y le dicen al bloque la acción deseada a ejecutar.

Cuando una condición es verdadera, se ejecutan acciones. Allí donde antes esta funcionalidad sólo era posible por medio de PLCs, ahora los FLCs pueden manejar fácilmente estas comunicaciones por sí mismos. También permiten a los usuarios escribir, ejecutar, simular y depurar código.

Un ejemplo de cómo podría trabajar esta programación es indicarle a una bomba ponerse en marcha o detenerse en base a un determinado nivel de líquido.

El bloque de E/S está conectado a un sensor de nivel, que monitorea el nivel de líquido en un tanque y lo reporta al bloque. El nivel ideal es de 50 unidades para prevenir el sobrellenado o que la bomba funcione en seco. Para esta aplicación se puede usar la tecnología de FLC en lugar de un PLC para programar que el bloque señale una de tres acciones:

  • Cuando el valor está por encima de 50 unidades, la condición es verdadera y se procede a poner en marcha una bomba para retornar el líquido a su nivel ideal.
  • Cuando el valor está por debajo de 50 unidades, la condición es verdadera. Más líquido circulará dentro del tanque o se desconectará una bomba hasta alcanzar el nivel ideal.
  • Cuando el valor es de 50 unidades, la condición es falsa y no se debe tomar ninguna acción ya que el líquido se encuentra en su nivel ideal.

Se puede optar por acceder a las distintas capacidades de la tecnología FLC de acuerdo a la aplicación. Estas capacidades incluyen botones de activación para on/off, funciones aritméticas, temporizadores y contadores, monitoreo a través de HMI y definición de variables para comunicarse con PLCs.

En el momento en que se activa por primera vez la tecnología del bloque, el programador ingresa la única dirección IP para acceder al bloque y el entorno de programación. Toda la programación se maneja por medio de un navegador web compatible con HTML y es cargada vía una conexión Ethernet en el bloque. Este diseño permite a los usuarios programar FLCs con cualquier dispositivo portátil, por ejemplo tablet o teléfono inteligente, lo cual es mucho más accesible en el campo que las PCs.

 

Configuraciones en el entorno de control

Puesto que la tecnología FLC ofrece control a nivel de dispositivo, se consigue una solución de programación más económica que los PLCs. Los FLCs también soportan entornos hostiles o fuera del panel donde se requieren clasificaciones superiores a IP20.

Hay tres configuraciones principales con la tecnología FLC:

  • Controlador lógico autónomo – Es lo que motivó el desarrollo del FLC y su uso principal. Luego de acceder al entorno de programación, es posible usar la interface de diagrama de flujo para programar y cargar la lógica directamente en el bloque de E/S Ethernet multiprotocolo. El bloque se encargará de las acciones y los reportes. No se requiere un PLC.
  • Respaldo local para un PLC – En el caso de sistemas más complejos, se puede usar un FLC como respaldo local para un PLC. Si el PLC pierde alimentación o conexión, la tecnología FLC puede realizar una de dos cosas: hacerse cargo de la aplicación y ejecutarla desde el bloque, o hacerse cargo de la aplicación y detener el proceso de manera segura. Esto permite evitar paradas y solucionar problemas allí donde aparece un problema en la línea.
  • Participar en el procesamiento del PLC – El FLC se puede usar también junto con el PLC como control distribuido en entornos de automatización de mayor tamaño. El bloque de E/S con capacidad de FLC puede monitorear y controlar localmente una aplicación y compilar datos, para enviar luego esos datos mediante variables definidas al PLC para aligerar su carga de entrada y salida de datos. Esto resulta de gran utilidad en aplicaciones de alta velocidad, tales como cintas transportadoras, donde el envío de datos en tiempo real (latencia de red) puede resultar problemático.

En todos estos casos, el usuario puede definir variables para saber cuándo se almacena la información. Si es del caso, las variables pueden indicar cuándo un PLC está conectado y comunicar los datos hacia y desde un PLC. Hoy por hoy, el FLC no resulta adecuado para aplicaciones de movimiento de alta velocidad, ya que el ciclo de escaneo mínimo es más largo que los tiempos de respuesta de seguridad/detención necesarios en estas aplicaciones. Otro límite es la capacidad de un FLC para controlar o monitorear E/Ss desde otros dispositivos de E/S en la red Ethernet.

El FLC tendrá un rol importante y de gran alcance en el control de aplicaciones automatizadas, teniendo en cuenta el creciente costo de los PLCs y otras tecnologías similares. Es sumamente eficaz en aplicaciones simples de sensado donde se necesita una mejor integración de la comunicación dentro de aplicaciones de mayor tamaño controladas por PLC.

Algunos de los primeros en adoptar esta tecnología ya hablan de los beneficios de la tecnología FLC en aplicaciones autónomas donde llevan la comunicación y el control al nivel de dispositivo.

 

FLC junto con RFID e IO-Link

Además de las aplicaciones de lógica simples, la tecnología FLC se puede usar para mejorar sistemas RFID y control IO-Link.

IO-Link es un protocolo de comunicaciones serie punto a punto que se usa para comunicarse con sensores y actuadores. Permite agregar puntos de E/S a PLCs de menor costo sin necesidad de invertir o actualizar a un PLC de mayor costo.

El FLC avanza un paso más al permitir la implementación de E/Ss de alta densidad sin un PLC. Como ejemplo se puede mencionar una cinta transportadora que requiere 128 sensores. En lugar de controlar el sistema desde un PLC, para controlar esos 128 sensores se pueden usar bloques de E/S con capacidad IO-Link y tecnología FLC. Utilizando tecnología FLC en un bloque de E/S, es posible controlar, visualizar y ajustar parámetros desde la interface FLC con unos pocos cambios en el código de programación.

RFID es otra área donde las capacidades únicas de lógica de un FLC permiten simplificar las operaciones. RFID puede ser un sistema inherentemente complejo, pero con FLC es posible agregar capacidades de lectura/escritura a cualquier bloque. Las ranuras de E/S digitales y analógicas pueden estar en el mismo bloque.

El empaquetado de componentes es un ejemplo básico de cómo trabaja esta tecnología. Cada componente tiene un tag de RFID, y cada caja debe ser cargada con 12 productos con su tag antes de que se mueva la caja. Se necesita una luz que conmute para señalar el momento en que una caja está llena.

Con la tecnología FLC, esa funcionalidad puede ser programada directamente en el bloque. Cada vez que un producto con tag pasa por un sensor, el FLC registra el valor. Una vez que el total llega a 12, se enciende la luz por un tiempo prefijado y se reinicia el contador.

 

Nuevos mercados y usos en el horizonte

La introducción de FLC permite implementar soluciones de control más económicas en aplicaciones simples. Lo que antes significaba la inversión en un PLC ahora puede ser manejado por medio de bloques de E/S Ethernet con tecnología FLC incorporada.

Sea como plataforma autónoma o junto con un PLC, el FLC amplía las capacidades de control en aplicaciones que requieren una lógica simple. De esta forma, lleva el control a un nuevo nivel donde los PLCs no pueden hacerlo por sí solos.

Según Dave Lagerstrom, presidente de Turck, “la tecnología FLC transformará la manera en que piensa la industria de automatización acerca del control y los sistemas de control.”

 

Preparado en base a un documento de Turck. En la Argentina: Aumecon S.A.

Siemens replantea el concepto de control de procesos

 

Hoy en día, los usuarios buscan reducir el tiempo de comisionamiento y acelerar la llegada al mercado aumentando la flexibilidad, la confiabilidad y la seguridad del sistema de control. Con este fin, es importante disponer de soporte para los equipos de ingeniería, escalar rápidamente las capacidades de producción e introducir nuevas tecnologías, que van desde dispositivos móviles inteligentes hasta simulación que combina los mundos virtual y real.

Todo esto requiere un DCS que se adapte utilizando una nueva clase de arquitectura.SIMATIC PCS neo de Siemens es un sistema de control distribuido de nueva generación desarrollado sobre una plataforma de colaboración basada en la web que unifica los equipos de ingeniería y operaciones en un solo lugar de trabajo. Su plataforma de colaboración basada en la web permite compartir información de manera segura y alternar fácilmente entre visualizaciones de ingeniería y de monitoreo y control en cualquier momento.

Si bien SIMATIC PCS neo está basado en la web, no está en la Internet. No depende de un proveedor de servicios, sino que se encuentra en una red cerrada con servidores in situ. Utiliza el entorno HTML5 para acceder al sistema. Su configuración basada en la web sólo requiere un servidor de ingeniería y un servidor de monitoreo y control para soportar múltiples ingenieros y operadores.

Se puede acceder a toda la información en cualquier momento y desde cualquier lugar a través de una interface gráfica de usuario (GUI) y una conexión web segura, lo que permite que varios usuarios puedan trabajar en paralelo, llevando así la información allí donde se la necesita.

La GUI muestra toda la información pertinente en un solo lugar, lo que permite a los usuarios acceder a cualquier aplicación con unos pocos clics y facilita el intercambio entre visualizaciones de ingeniería y de monitoreo y control.

Además, una plataforma central orientada a objetos con una única base de datos garantiza datos consistentes y confiables. Por ejemplo, con una única base de datos, a la hora de agregar un motor a un proyecto, automáticamente está todo allí, por lo que no es necesario mover información de una base de datos a otra.

En el área de colaboración, también ofrece la posibilidad de generar un flujo de trabajo adaptable a las necesidades del usuario, lo que permite dividir el trabajo por funciones de modo que los expertos hagan lo que mejor saben mientras trabajan en paralelo para acortar el tiempo de llegada al mercado.

El nuevo DCS utiliza el hardware del sistema de control de procesos SIMATIC PCS 7 versión 9.0 para proteger las inversiones y el know-how existentes. También cumple con los requerimientos del estándar IEC 62443 e implementa el concepto de seguridad de ‘defensa en profundidad’ multicapa.

El nombre es símbolo de una evolución. SIMATIC PCS se refiere a los más de 20 años de experiencia del producto, que Siemens lo convierte en la columna vertebral del DCS de próxima generación. ‘neo’ se refiere a ‘nuevo’, por tratarse de un nuevo software de sistema que permite a los usuarios finales replantear la automatización de procesos, desde acceso al sistema hasta capacidades de uso, escalabilidad, ciberseguridad y digitalización, además de colaboración.

SIMATIC PCS neo garantiza el acceso directo a una información consistente y confiable en todo momento y que está disponible en una ubicación central para que todos los usuarios puedan acceder a la misma con una sola interface.

 

Digitalización de sistemas de control  y automatización

 

Destinado a la digitalización de sistemas de control y automatización de procesos, Honeywell Process Solutions acaba de lanzar Experion PKS Highly Integrated Virtual Envi­ronment (HIVE) durante su reciente conferencia Honeywell Users Group (HUG) Americas 2019 en Dallas, Texas.

Este nuevo desarrollo simplifica el diseño, la implementación y la gestión del ciclo de vida de sistemas de control al desacoplar las asignaciones de módulos de E/S y estrategias de control de controladores específicos, y utilizar las capacidades informáticas de los centros de datos existentes. También aumenta la visibilidad de los operadores para observar los efectos que se producen en el proceso global y en la performance de negocio.

Según John Rudolph, presidente de Honeywell Process Solutions, "hoy en día se habla mucho acerca de la digitalización y la analítica que están cambiando la organización de los procesos. En el pasado, al comienzo de las tareas, averiguábamos qué había hecho otra persona, aprendíamos de los errores que se habían cometido y escribíamos un reporte que quizás no se miraba hasta que algo salía mal. No sabíamos qué lecciones podríamos compartir con otros o cómo medir el éxito. Y esto no era bueno, ya que los ingenieros no quieren volver a lo que ya hicieron, pero sí quieren aprovechar lo que han aprendido con anterioridad. Esto es válido, pero es necesario tener una forma de probarlo. En definitiva, Experion PKS HIVE puede ayudarles a demostrar su éxito".

 

Desacoplamiento = libertad

Rudolph explicó que el principal atributo de Experion PKS HIVE es separar por completo el hardware del software en pos de una mayor flexibilidad. "Esto permite a los usuarios ver su sistema de control completo en una laptop, lo que se traduce en importantes mejoras operativas. Por ejemplo, las funciones de PLC se encuentran ahora en un servidor, en lugar de estar vinculadas como en los anteriores entornos de control. Esto significa que se puede escalar rápidamente un sistema desde una sola RTU hasta 100 PLCs e incluso un DCS completo, e implementarlo desde el borde hasta su HMI con soluciones sólidas en cada extremo".

Experion PKS HIVE también puede habilitar otras actividades de proceso, tales como simulación para entrenamiento de operadores y seguridad de proceso. "La seguridad es algo en lo que siempre se está trabajando, y es donde Experion PKS HIVE lleva a los usuarios a un nuevo nivel", agregó Rudolph. "Allí donde los reportes y respuestas de seguridad del proceso podrían insumir dos semanas, Experion PKS HIVE puede basar sus reportes de seguridad en eventos y alarmas en vivo.

"Cada usuario puede ver ahora su contribución individual, saber si sirve y qué aporta a su empresa. En el pasado, los usuarios podían no saber qué hacer si no se les decía, pero a nadie le gusta que se le diga qué hacer. Experion PKS HIVE mejorar las cosas, ya que les brinda a los usuarios las métricas que les permiten decidir qué es necesario hacer".

 

Digitalización de sistemas de control  y automatización

 

Superar los obstáculos de proceso

Rudolph agregó que son cuatro los desafíos principales que puede abordar Experion PKS HIVE, lo que incluye costos de una infraestructura que envejece, visibilidad de las operaciones, estado de riesgo y pérdida de aptitudes críticas.

"Hay que pensar si no somos cautivos de viejas infraestructuras, ya que la obsolescencia no es buena para nosotros ni para nuestra base de clientes", comentó Rudolph. "No podemos evitar que haya un cambio tecnológico y sus consecuencias, pero sí hemos encontrado una manera de hacerlo más fácil y más natural. Básicamente, un PLC ya no es sólo un PLC, y un DCS ya no es sólo un DCS. Incluso el modelo Purdue de jerarquía de control ya no es el mismo, pero afortunadamente ahora tenemos la tecnología para manejar estos cambios".

Experion PKS HIVE y sus elementos de E/S, control e IT, además de mejorar las operaciones de rutina del proceso, también pueden colaborar en otras actividades, desde recuperación de desastres hasta simulación para entrenamiento. "Todo el mundo está sobrecargado de trabajo, por lo que el aporte de Experion PKS HIVE es importante, ya que puede analizar los sistemas existentes y extraer los datos que necesitan los usuarios a la hora de gestionar sus procesos por sí mismos", explicó Rudolph. "Experion PKS HIVE permite empoderar a los usuarios para mejorar todos los días sus funciones y la seguridad de los procesos al reducir el riesgo.”

"Experion PKS HIVE ofrece libertad de implementación y un control verdaderamente estandarizado que puede simplificar los entornos de DCS. Es una manera diferente de comunicarse, ya que un controlador puede hablar con cualquier E/S, lo que permite a los usuarios ver sus procesos de manera diferente y saber que lo pueden hacer de forma segura".

 

HIVE: Un nuevo concepto en sistemas

Unos pocos años atrás, desarrollábamos Experion PKS con LEAP (Lean Execution for Automation Projects), que consiste de Universal IOs, que pueden ser configuradas en el campo para pasar de una personalización masiva a una estandarización masiva de hardware, y virtualización para separar el hardware del software ", explicó Jason Urso, CTO de Honeywell Process Solutions. "Ahora, estamos cambiando la forma en que pensamos e implementamos sistemas gracias a  Experion PKS HIVE".

Experion PKS HIVE usa principios de ejecución de proyectos, software y redes de LEAP para desvincular las aplicaciones de control de los equipos físicos y los controladores de las E/Ss físicas. De esta forma, los sistemas de control se pueden diseñar e implementar en menos tiempo, a un menor costo y riesgo, y con bloques modulares más simples.

La solución también transforma la manera en que se mantienen los sistemas de control a lo largo de sus ciclos de vida, desplazando la gestión diaria de los servidores a un centro de datos donde expertos y protocolos ya establecidos mitigan el riesgo de ciberseguridad.

De esta forma, los ingenieros de planta podrán concentrarse de manera más proactiva en la optimización de sus sistemas de control.

Experion PKS HIVE incorpora tres elementos: IT HIVE, IO HIVE y Control HIVE, que se pueden usar individual o colectivamente, en tándem con los sistemas e infraestructuras existentes de los usuarios:

  • Experion PKS IT HIVE - Puede  centralizar hasta el 80% de la infraestructura informática que se usa tradicionalmente en ingeniería de proyectos para bajar los costos de entrega y ciclo de vida del proyecto, aprovechar mejor las aptitudes y promover una gestión consistente tanto física como de ciberseguridad en toda la empresa.
  • Experion PKS IO HIVE – Ofrece una distribución flexible de E/Ss y control para lograr que el sistema de control se convierta en una extensión natural de los equipos de proceso y facilite la ejecución modular y en paralelo del proyecto.
  • Experion PKS Control HIVE – Se aplica a contenedores de control para aportar flexibilidad y estandarización en la plataforma de hardware de control, en la ubicación del control y en la ingeniería de control. Con los múltiples controladores físicos que operan como parte de un Experion PKS Control HIVE, la ingeniería de control se simplifica considerablemente gracias a un balanceo de carga automatizado.

 

El principal atributo de Experion PKS HIVE es separar por completo el hardware del software

 

Distribuir el DCS

"Un tema interesante acerca de un sistema de control distribuido es la posibilidad de que no esté distribuido", comentó Urso.

La nueva red Experion PKS IO HIVE es una red de campo de alta velocidad y tolerante a fallas que permite que el controlador C300 pueda comunicarse con E/Ss distribuidas. "Ahora, C300 podrá comunicarse con cualquier E/S en la red IO HIVE para descubrirla y vincularse con ella".

La ciberseguridad se consigue con un firewall adyacente a cada módulo de E/S de campo y una encriptación de red opcional. Llevar la E/S al campo elimina los gabinetes de E/S en el centro de control, mientras el uso de un cable de fibra óptica elimina el cableado de 4-20 mA de vuelta al centro de control.

Además, Universal IO podrá realizar control local, extendiendo el control en el campo en gabinetes locales con tiempos de ciclo de 20 ms. "La E/S puede ser programada con un subconjunto de la funcionalidad de C300, o sea que es un C300 virtual, lo que proporciona un control completo peer-to-peer en el campo y de vuelta a C300 en el centro de control", explicó Urso. El control puede ser realizado en gabinetes de proceso remotos en las áreas de producción. El reparto del control es flexible, ya sea en el campo, en el centro de control o en un híbrido de los dos.

Los gabinetes de proceso remotos soportan puntos de acceso wireless universales que pueden ser conectados para control y brindar acceso inalámbrico a operadores de campo con dispositivos móviles.

"Por ejemplo, si un técnico está realizando un procedimiento de penetración en un proceso, podrá saber si la cañería ha sido correctamente preparada", señaló Urso. "Pueden acceder al sistema y enclavamientos para garantizar que está hecha la purga y que realizar el procedimiento es seguro".

Con Experion PKS IO HIVE y transmisores wireless SmartLine con templates preconfigurados y configuración inalámbrica, los instrumentos pueden ser comisionados independientemente del sistema de control. “Con C300 en una laptop, los técnicos podrán comisionar dispositivos como si estuvieran conectados al sistema”.

Experion PKS HIVE lleva las E/Ss al campo y las hace totalmente accesibles a cualquier controlador, lo qu permite tomar los controladores físicos individuales y distribuir la carga de modo que puedan aparecer como un solo controlador para eliminar complejidad.

Experion PKS Control HIVE revoluciona la ingeniería de control,” explicó Urso. “Asignamos controles al HIVE, que los integra y distribuye automáticamente. Cualquier controlador puede comunicarse con cualquier E/S, lo que elimina cientos de pasos a la hora de agregar E/Ss y/o estrategias de control. Si se necesita más capacidad, simplemente se agregan controladores. Los últimos cambios se vuelven completamente flexibles".

Con un nuevo controlador virtual y separando el hardware del software, "ahora se puede ejecutar el control en prácticamente cualquier PC o servidor", dijo Urso. "Se puede ejecutar en el campo o en un centro de datos y ser implementado en cualquier lugar".

 

Preparado con material presentado en Honeywell Users Group Americas 2019.

Software de diagnóstico
El software Valvesight de Flowserve, basado en la tecnología FDT/DTM, ofrece diagnósticos de válvulas de control gracias a la información obtenida de posicionadores inteligentes. Monitorea constantemente el estado de salud del conjunto válvula/actuador/posicionador y la muestra en una interface gráfica simple e intuitiva que permite visualizar el estado y reconocer posibles fallas.

 

¿Qué se puede hacer con una alimentación de 3,6 mA? Según Leo Hughes, gerente de capacitación y desarrollo de Baker Hughes, esta pregunta tan simple ha desafiado a algunas de las mentes más brillantes en este campo desde los años ’90.

En su presentación durante el 2018 Knowledge Forum de VMA (Valve Manufacturers Association), Hughes señaló que nos encontramos en la tercera década de posicionadores digitales alimentados por lazo y que ya se aprovechan al máximo las capacidades de desempeño que ofrecen sus diseños. Dentro de este contexto, recién en los últimos años se ha renovado el tema de los diagnósticos en válvulas de control.

 

Un poco de historia

Antes de los años ’80, todos los métodos de diagnóstico de válvulas eran manuales. Los técnicos solían usar dispositivos mecánicos de medición, calibres, manómetros y cosas por el estilo. La documentación era manual y, por lo general, los métodos dependían claramente de la experiencia del técnico. No había posibilidad alguna de diagnosticar en forma remota la salud de una válvula de control.

A partir de entonces, hicieron su aparición las computadoras personales (PCs), que se encargaban de la adquisición de datos conectándolas a la válvula. Fue la primera incursión en la recolección automática de datos desde una válvula de control, lo que permitía  ver qué hacía una válvula, su salud y cómo estaba funcionando. Esta tecnología fue adoptada primero en la industria nuclear por sus elevadas exigencias de exactitud.

En la mayoría de los casos, eran los fabricantes de válvulas de control quienes proveían este servicio. El tiempo era escaso, y todo estaba programado teniendo en cuenta cuánto tiempo llevaba diagnosticar, configurar y volver a poner todo en marcha. Si bien esto significaba una mejora respecto de las mediciones manuales, todavía no había monitoreo remoto, mientras el uso de las PCs y la capacidad de interpretar los datos obtenidos dependían en gran parte de la experiencia del técnico.

En 1994 aparecieron los posicionadores de válvula digitales. Hughes señaló que esta tecnología tuvo un comienzo difícil ya que todo era propietario, lo que dificultaba la posibilidad de comunicación entre sistemas para obtener diagnósticos. Los problemas llevaron a la necesidad de tener un protocolo estandarizado.

Esto llevó al advenimiento de HART (Highly Addressable Remote Transducer). Según Hughes, la idea detrás de este protocolo era la de usar las señales de comando de 4-20 mA existentes y superponer una firma digital a dichas señales. Las limitaciones de HART llevaron al desarrollo de fieldbus Foundation, tardando una década en acordar qué serían los protocolos totalmente digitales.

A partir del año 2000, fieldbus Foundation se convirtió en el estándar para nuevas plantas, mientras HART I/O se utilizaba para integrar información de válvulas con los sistemas digitales de control. La integración de un software PAM (Plant Asset Manage­ment) se fue generalizando y ahora es bastante estándar.

También apareció el software de diagnóstico online para validar el desempeño y la salud de una válvula de control mientras estaba en servicio. De esta forma, los diagnósticos se volvieron cada vez más independientes de la experiencia del técnico, además de ser más consistentes. El software puede ser programado para determinar qué podría hacer el mejor técnico a partir de los indicadores y elaborar una posible acción correctiva, incluyendo los repuestos necesarios.

 

Estándares industriales

El protocolo HART se convirtió en el estándar de facto en los mundos analógico e híbrido de antes, donde los instrumentos y los posicionadores de válvula instalados tomaban la información del campo y la enviaban de regreso.

En aplicaciones más recientes, la red completamente digital de fieldbus Foundation ofrece una amplia información y permite obtener datos extensos desde una gran variedad de dispositivos de campo.

Entre 2003 y 2010 hubo muchos intentos de instalar software en algunos de los principales sistemas de control distribuido (DCSs). Pero todos eran propietarios, por lo que, cada vez que había un cambio en el software de DCS, los fabricantes de válvulas se veían obligados a testear los cambios en sus sistemas.

Fue un gran desafío garantizar que el software y los diagnósticos de un determinado fabricante de válvulas pudieran funcionar en el sistema de control utilizado por el usuario. A modo de respuesta, surgieron dos sistemas estandarizados.

Uno fue FDT Group, que ofrece gráficos completos y que recibió una amplia aceptación por parte de los usuarios finales. El otro, EDDL, tiene gráficos limitados y una aceptación no tan amplia.

ISA 75.13 establece los criterios de desempeño de una válvula. Fue un buen comienzo, pero al haber tantas permutaciones de válvulas con actuadores, resultaba difícil conformar el estándar. Por su parte, ISA SP 75.26 definió pautas acerca de lo que se debería hacer en un test de diagnóstico.

 

Diagnósticos predictivos
Con cinco sensores de presión, el posicionador digital Logix 3800 permite a los operadores identificar y evaluar la severidad de los problemas que se van desarrollando en válvulas y actuadores para que puedan accionar antes de que se produzca un evento crítico.
• Alerta de presión de suministro – Monitorea la presión del suministro de aire de instrumentos.
• Alerta de fricción alta/baja – Monitorea el ajuste de empaquetadura y sellos.
• Alerta de fugas neumáticas – Monitorea un consumo excesivo de aire que indica fugas en el actuador o tubería.
• Error de posición a prueba de falla – Detecta problemas en el resorte del actuador a prueba de falla.
• Alerta de backlash – Monitorea el enlace del actuador con la válvula y detecta pérdida de conexiones.

 

Diagnósticos

En los años ’90, el problema pasaba por definir lo que podría o debería hacer un posicionador digital y qué se necesitaba del mismo. Con una alimentación limitada a 4 mA, los sistemas tenían que estar diseñados para elegir qué era lo más importante para la aplicación: ¿diagnósticos o performance? No se podía tener ambas cosas con una alimentación tan limitada.

Dentro de este contexto, los microprocesadores iban creciendo muy rápidamente, pasando de 8 bits a 16 bits y a 32 bits en muy poco tiempo, por lo que podían hacer mucho más que antes. Los fabricantes incorporaron mejores algoritmos de desempeño, además de diagnósticos y sensores de posición.

En sus comienzos, los sensores de posición en válvulas eran potenciómetros propensos a romperse, por lo que se pasó a sensores magnéticos sin contacto. A medida que la válvula se desplaza, la orientación del campo magnético también lo hace, de modo que estos sensores podían indicar cómo y adónde se estaba desplazando. También se comenzó a utilizar LEDs o LCDs con botones y menús, que aumentaban la capacidad de acceso y la confiabilidad.

Sin embargo, las características de diagnóstico permanecían relativamente sin cambios y los desafíos por obtener diagnósticos de una válvula de control no encontraban solución. El auto-monitoreo y las alarmas del posicionador hicieron posible realizar pruebas y tener diagnósticos continuos, pero muchas veces llevaban a una imagen incompleta de la causa raíz. No eran determinísticos.

Las firmas de diagnóstico offline también eran valiosas, pero sólo se podían implementar cuando el proceso estaba detenido, por lo que su cronograma solía estar basado en el mantenimiento de otros equipos. No tenían valor para el mantenimiento predictivo; tan sólo era posible determinar si la válvula había pasado mucho tiempo cerrada en el asiento, pero esto podía no tener mayor importancia para una aplicación en particular.

Así se llega al monitoreo de diagnósticos online. Requiere sólo un movimiento mínimo de la válvula y depende en gran medida de la integración del sistema de control a través de HART I/O o fieldbus Foundation. Las ventajas incluyen diagnósticos continuos, que es la primera línea de defensa en una estrategia escalonada de diagnósticos. También permite establecer tendencias en el entorno operativo de la válvula.

Los diagnósticos online ofrecen un análisis continuo mucho mejor. El posicionador puede indicar qué está pasando, estableciendo entonces tendencias en tiempo real. Permite monitorear las veces que se quiera y cuándo se quiera. También es posible iniciar un monitoreo programado o basado en condiciones en tiempo real.

Los problemas de las válvulas se pueden separar del desempeño del lazo de control o implementar un programa de gestión global de mantenimiento predictivo.

El almacenamiento de los datos de una válvula en la nube permite disponer de toda la información sobre materiales e historial de mantenimiento y reparaciones, lo que sirve para determinar si la válvula está realmente sana. Cada vez es más fácil acceder a los datos, lo que incluye el ciclo de vida completo de la válvula.

Todo esto avanza y hoy en día un técnico puede portar un casco inteligente que le permite hablar con alguien en la fábrica u otro experto en la materia. El experto remoto podrá ser consultado acerca de la válvula de control que interesa, ya que está en condiciones de ver lo que el técnico ve a través de las videocámaras instaladas en el casco.

Con este monitoreo remoto, la ciberseguridad pasa a ser un problema, de modo que es necesario incorporar las correspondientes protecciones. Una posible protección puede impedir mover o cambiar la válvula desde una ubicación remota de monitoreo.

 

Resumen

Los diagnósticos de válvulas online permiten que el personal de mantenimiento de planta o del servicio contratado pueda tomar decisiones informadas y proactivas acerca del mantenimiento de las válvulas.

Se trata de un panorama dinámico que, sin duda, seguirá firme en los años por venir.

 

Preparado en base a una presentación de  Leo Hughes, gerente de Baker Hughes, durante 2018 Knowledge Forum de VMA.

Los productos Valvesight y LOGIX 3800 son de Flowserve.

En la Argentina: Esco Argentina S.A.

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