Qué es un Sistema de Control Distribuido (DCS)
En los últimos años, el uso de dispositivos inteligentes y buses de campo hace que el sistema de control distribuido (DCS) ocupe un lugar destacado en los procesos industriales grandes y complejos en comparación con el antiguo sistema de control centralizado.
Esta distribución de la arquitectura del sistema de control alrededor de la planta ha llevado a producir métodos más eficientes para mejorar la fiabilidad del control, la calidad del proceso y la eficiencia de la planta.
Hoy en día, el sistema de control distribuido se encuentra en muchos entornos industriales, como plantas químicas, industrias del petróleo y el gas, unidades de procesamiento de alimentos, centrales nucleares, sistemas de gestión del agua, industrias del automóvil, etc.
En este artículo vas a conocer su funcionamiento, los elementos que componen su arquitectura, sus características principales, entre otros aspectos.
Qué es un Sistema de Control Distribuido
Un sistema de control distribuido (DCS) es un sistema de control automatizado que consta de elementos de control distribuidos de forma geográfica en la planta o área de control.
En realidad, el sistema de control distribuido utiliza bucles de control distribuidos por toda una fábrica, maquinaria o área de control. Es un sistema industrial automatizado y digital que se utiliza para controlar los procesos industriales y aumentar su seguridad, rentabilidad y fiabilidad.
Se diferencia del sistema de control centralizado, donde un único controlador situado en una ubicación central se encarga de la función de control, pero en el DCS cada elemento de proceso, máquina o grupo de máquinas es controlado por un controlador específico.
En este caso, el DCS consiste en un gran número de controladores locales en varias secciones del área de control de la planta que están conectados a través de una red de comunicación de alta velocidad.
A diferencia de los controladores lógicos programables (PLC), un sistema de control distribuido utiliza una serie de herramientas de configuración para configurar la base de datos, la lógica de control, los gráficos y la seguridad del sistema.
Como funciona un Sistema de Control Distribuido
Las aplicaciones de control se distribuyen a los controladores del sistema que se dedican a procesos específicos de la planta utilizando dispositivos de campo.
La lógica de control puede ser creada y dispersada a través de los controladores del sistema. Esto permite que los cambios que deben realizarse para cumplir con nuevos requisitos y/o la adición de nuevos controladores o dispositivos de campo, se realicen de manera eficiente y precisa, facilitando y simplificando las actualizaciones y la integración de nuevos equipos.
Este tipo de sistema de control industrial está conectado por una red de comunicación de alta velocidad. Mientras que cada controlador funciona de forma autónoma, existe un control de supervisión central a cargo de un operario.
Un DCS lo constituyen tanto elementos de software como de hardware. Los costes de instalación se reducen al mínimo gracias a la simplicidad de la instalación local con la mayoría de los controladores.
La fiabilidad se mejora mediante un control automatizado in situ de baja latencia. Por otro lado, la supervisión del personal está habilitada para las funciones de control central y las opciones de control remoto.
Los procesos individuales tienen sus propios controladores con CPUs separadas, por lo que otros procesos pueden continuar en una situación de avería individual, a diferencia de un sistema de controlador central.
Un sistema de control distribuido es funcionalmente similar al control de supervisión y adquisición de datos (SCADA) actual. Normalmente, un sistema SCADA se utiliza en situaciones en las que el centro de control se encuentra más alejado.
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Elementos y Arquitectura de un Sistema de Control Distribuido
El Sistema de Control Distribuido interactúa continuamente con los procesos en las aplicaciones de control de procesos y recibe instrucciones del operario. También facilita la regulación de los puntos de consigna y la apertura y cierre de válvulas para el control manual por parte del operador.
Su interfaz humano-máquina (HMI), las placas frontales y la visualización de tendencias permiten un control eficaz de los procesos industriales.
PC o controlador de ingeniería
Este controlador es el responsable de la supervisión de todos los controladores de proceso distribuidos. En este controlador se ejecutan algoritmos de control y configuración de varios dispositivos. La comunicación de red entre el PC de procesamiento y el PC de ingeniería se puede implementar mediante configuraciones simples o redundantes.
Controlador de distribución o Unidad de control local
Puede colocarse cerca de dispositivos de campo (sensores y actuadores) o en un lugar determinado donde estos dispositivos de campo estén conectados mediante un enlace de comunicación. Recibe las instrucciones de la estación de ingeniería como el punto de ajuste y otros parámetros. Además, controla directamente los dispositivos de campo.
Puede detectar y controlar E/S analógicas y digitales mediante módulos de E/S analógicas y digitales. Estos módulos son ampliables en función del número de entradas y salidas. Recopila la información de dispositivos de campo de forma separada y la envía a las estaciones de trabajo y de ingeniería.
Estación de operación o HMI
Se utiliza para supervisar gráficamente los parámetros de toda la planta y para registrar los datos en sistemas de bases de datos en las plantas. La visualización de tendencias de varios parámetros del proceso proporciona una visualización efectiva y una fácil monitorización.
Estas estaciones de operación pueden ser de diferentes tipos: para monitorear sólo parámetros, para la visualización de tendencias, para el registro de datos y para el control de alarmas. Estos también pueden ser configurados para tener capacidades de control.
Redes de comunicación y protocolo
Las redes de comunicación se utilizan para el intercambio de datos, controlabilidad de datos y flexibilidad para conectar varios dispositivos. Estan formadas por cables para transmitir los datos, tales como cables coaxiales, cables de cobre, cables de fibra óptica y sistemas inalámbricos.
Los protocolos de comunicación seleccionados dependen del número de dispositivos que se conecten a esta red.
Por ejemplo, RS232 soporta sólo 2 dispositivos y Profibus para 126 dispositivos o nodos. Algunos de estos protocolos incluyen Ethernet, DeviceNet, foundation filed bus, modbus, CAN, etc.
En los DCS, se utilizan dos o más protocolos de comunicación entre dos o más áreas, como entre dispositivos de control de campo y controladores distribuidos, y otro entre controladores distribuidos y estaciones de control de supervisión, como estaciones de operación e ingeniería.
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Características principales de un Sistema de Control Distribuido (DCS)
La organización de toda la estructura de control como un único sistema de automatización se puede hacer con DCS, ya que une subsistemas a través de una estructura de mando y un flujo de información adecuados.
En estos sistemas se suministran elementos básicos como la estación de trabajo de ingeniería, la estación de operación o HMI, la unidad de control de procesos, los dispositivos inteligentes y el sistema de comunicación. Entre sus características principales destacan:
- Varias funciones de control pueden ser distribuidas en pequeños conjuntos de subsistemas que son semiautónomos. Estos están interconectados por un bus de comunicación de alta velocidad y sus funciones incluyen la presentación de datos, adquisición de datos, control de procesos, supervisión de procesos, reporte de información, almacenamiento y recuperación de información.
- La segunda característica es la automatización del proceso de fabricación mediante la integración de estrategias de control avanzadas.
- La tercera característica es organizar las cosas como un sistema.
En la estructura de automatización de fábrica, el controlador lógico de programación PLC se utiliza para controlar y monitorear los parámetros del proceso a altas velocidades. Sin embargo, debido a la limitación del número de dispositivos de E/S, los PLC no pueden manejar estructuras complejas.
Por lo tanto, se prefiere el DCS para aplicaciones de control complicadas con un mayor número de E/S con controladores específicos. Éstos se utilizan en procesos de fabricación en los que el diseño de múltiples productos se realiza en múltiples procedimientos, como el control de procesos por lotes.
Aplicaciones de un Sistema de Control de Distribuido (DCS)
Los sistemas de control distribuido (DCS) son procedimientos utilizados en procesos de fabricación que son continuos o orientados a lotes.
Las grandes refinerías de petróleo tienen miles de puntos de E/S por lo que emplean amplios sistemas de control de distribución. Sin embargo, los procesos no se limitan al flujo de fluidos a través de las tuberías, también pueden ser utilizados en papeleras y sus controles de calidad asociados, variadores de velocidad y centros de control de motores, hornos de cemento, operaciones mineras, instalaciones de procesamiento de mineral, y muchos otros.
Los DCS se utilizan comúnmente en procesos de servicios como:
- Agricultura
- Plantas químicas
- Petroquímica (petróleo) y refinerías
- Centrales nucleares
- Plantas de tratamiento de agua
- Plantas de tratamiento de aguas residuales
- Procesamiento de alimentos
- Fabricación de automóviles
- Fabricación farmacéutica
