Sistemas de Control

SISTEMAS DE CONTROL DCS/ESDUn paseo por el mundo de la automatización

Objetivos

Conocer los principios y componentes básicos de los Sistemas de Control

Conocer la arquitectura del sistema Instalado en la UDP

Mostrar la importancia de contar con Sistemas de Seguridad

Conocer las nuevas tendencias en Sistemas de Control

Contenido

Desde el control manual, hasta los modernos PCS. Contamos con diversas opciones para elegir el sistema que mas se adapte a nuestro proceso.

Introducción

Tipos de Sistemas de Control

Sistemas Instrumentados de Seguridad

Híbridos y PCS’s

INTRODUCCIÓN

Componentes de un sistema de controlTodo sistema de control de procesos se basa en tres componentes: Componentes

del sistema de control

Proceso

Sensor

Control

Actuador

Instrumentos de mediciónSon dispositivos usados para medir y/o controlar de forma directa o indirecta una variable del proceso.

Este término incluye los elementos primarios, elementos de contról final, dispositivos de control y electricos.

Instrumentación IndustrialConjunto de instrumentos cuyo propósito es la observación, medición y transmisión de la señal, su conversión o almacenamiento.

Facilitan la labor de producción y control.

Ayudan en el monitoreo y registro de variables criticas.

Mejoran la calidad del producto final.

Aumentan la disponibilidad del proceso, reduce costos de operación y mantenimiento.

Aumenta la Seguridad.

Componentes típicos de un instrumento

Características estáticas de un instrumento

Rango: Conjunto de valores de la variable que puede medir el instrumento.Span: Diferencia entre los valores superior e inferior de la variable medida de un instrumento de campo.Error: Diferencia entre el valor leído o trasmitido por el instrumento y el valor real.

Precisión: Grado en que la medida que proporciona se aproxima a un valor patrón de medida.Repetibilidad: Capacidad de reproducción de la señal de salida en las mismas condiciones.Zona muerta: Campo de valores de la variable que no hace variar la indicación, es decir, no se produce respuesta.

Pobre repetibilidad significa pobre precisión

Buena repetibilidad no necesariamente significa buena precisión

Buena precisión significa buena repetibilidad

Clasificación, según función:

Instrumentos ciegos

Indicadores

Trasmisores

Registradores

Receptores

Controladores

Elementos finales

Convertidores

Clasificación, según variable a medir:

Flujo o caudal

Presión

Temperatura

Viscosidad

Posición

Análisis de gases

Densidad

TIPOS DE SISTEMAS DE CONTROL

Lazo abierto

La salida no tiene efecto sobre la acción de control

Lazo cerrado

La salida no tiene efecto sobre la acción de control

Control Manual

El operados observa el proceso y actua de forma manual

Control Automático

El proceso es controlado utilizando elementos neumáticos, hidraulicos o eléctricos, sin la intervención del operador.

Diagrama de evolución

Década ´40

Década ´60

Década ´70

Década ´80

Década ´90

Actualidad

Control por mandos hidráulicos y neumáticos

Control por lógica cableada

Control por PLC

Control por DCS

Sistemas de Control de Procesos

Control por mandos hidráulicos y neumáticos

Sistemas de Control DistribuidoAl igual que el PLC, pueden controlar una gran cantidad de lazos de control.Son confiable para sistemas de control continuo o regulatorio, a diferencia de un PLC, que solo es confiable en sistemas de control discreto o recientemente también en sistemas de control continuo, pero del tipo “BATCH” (Procesos con interuppciones).Al igual que un PLC, el hardware de un DCS está constituido por: Fuente de Energía, Controlador (CPU), Módulos de E/S, Módulos de Comunicación (Profibus, Modbus, Ethernet, etc.).

DCSMódul

o Energ

Módulo

Control

Módulo I/O

Arquitectura DCS - UDP

APACSAdvanced Process Automation & Control System

SIEMENS

ACTIVE

SECURITY

Objectivos

Identificar la mayor parte de los componentes del sistema de control.Describir la funcion de cada componentes.Familiarizarse con las arquitecturas del sistema.

Contenido

Familia de Módulos APACSPlugs Módulos APACS

Descripcion del ModulracBuses de Comunicación.Módulos de ControlMódulos de Entrada / SalidaNiveles de Redundancia.

Montaje del módulo

Backplane

MODULRAC

Modules

Familia de módulos

Familia de módulosMódulo Aplicación

Modulo de Energía Modulo que proporciona la energía a otros módulos APACS.

Modulo de Entrada/Salida Serie de Módulos que actúan como interfaces entre los módulos de control y señales de campo. Se ofrece un amplio rango de señales análogas, discretas y señales especiales.

Módulos Computador Módulos dedicados y basados a desarrollar funciones de computador como configuración, interfaces foráneas e integración de 3eras partes en APACS.

Módulos de Comunicación Serie de Módulos que expanden las funciones de comunicación and redes.

Componentes Genéricos de Sistema

Engineering Workstation (EWS)

Human Machine Interface (HMI)

Field Devices

Final Control Elements

Configuration

Tagserver (also runs NIM32)

Control System Hardware

OperatorControl

Plugs de Módulos APACS

MODULBUSIOBUSPOWER SUPPLY

SEÑALES DE CAMPOFUENTES EXTERNAS(Puertos Seriales, Teclado etc..)

Descripción del Modulrack

1 2 3 4 5 6 7 8 9 101 2 3 4 5 6 7 8 9 101 2 3 4 5 6 7 8 9 10

IOBUS Port Side A

IOBUS Port Side B

MODULBUS Port Side A

MODULBUS Port Side B

Reduntant Port

MODBUS Serial PortsRS232 Marshelled I/O Cable.

Marshelled I/O CableConnector.

Buses de comunicaciónBuses Definición

Modulbus Bus redundante usado por los módulos de control, comunicación y computadores para intercambiar información entre el proceso y el sistema de información. Se pueden colocar hasta 32 módulos a través de 4 modulracs.

I/O Bus Proporciona al modulo de control el tener un acceso seguro a las señales de campo de I/O. El medio de acceso es de Maestro/Esclavo con un Maestro hasta 39 módulos esclavo.

Power Bus Un triple bus redundante proporciona 24 VDC de energía a los módulos APACS.

Módulos de Control Avanzado ACM

SIEMENS

ACTIVE

Led Indicador de Estado

Led Indicador de Encendido.

Disipadores de Calor.

Tapa Protectora

LED LED INDICATION MODULE STATUSOK Solid Green Module okay; configured with no faults.

Flashing Green/BlackModule not configured, no fault or failure.Flashing Red / GreenFault Detected, one or more channel specific

errors, or a less severe board level error.Flashing Red / Black Failure detected, board level problem(1 per second) effecting more than one channel.Flashing Red / Black IOBUS communication error.(5 per second)Solid Red Module fault; severe.

ACTIVE Solid Green Module in Control.OFF Redundant module in standby mode or off-line

configuration of module.

SECURITY

SIEMENS

ACTIVE

MODULO ESTANDAR ANALOGICO SAM

Conector tipo clavija P1( Proporciona, Aimentacion,

comunicacion I/O Bus Redundante.)

Conector tipo clavija P2( Proporciona la comunicacion con los

terminales marshalled para lacomunicacion con la instrumentacion

de campo.)

Tapa Protectora

DESCRIPTION.32 Channels, each software configurable.No channel to channel isolation.I/O Power derived from Modulpac Power bus.

I/O Power is isolated from the backplane power supply.All channel could be configured like input or output.

TYPES OF CHANNELS.Analog input 2-wire

Analog out (0 or 4 to 20 mA)Discrete Input.Discrete Output.

SIEMENS

ACTIVE

MODULO DE ENTRADA ANALOGO SAI

de campo.)

Tapa Protectora

DESCRIPTION.32 Channels, each software configurable.No channel to channel isolation.I/O Power derived from Modulpac Power bus.

I/O Power is isolated from the backplane power supply.All channel could be configured like input or output.

TYPES OF CHANNELS.Analog input 2-wire

SIEMENS

ACTIVE

MODULO DE CAMPO PROFIBUS PFM

Tapa Protectora

SIEMENS

ACTIVE

MODULO DE CAMPO HART HFM

Tapa Protectora

de campo.)

SIEMENS

ACTIVE

SDMLed Indicador de Estado

Tapa Protectora

123456789

10111213141516

17181920212223242526272829303132

de campo.)

Módulo Discreto Estandar SDM

Módulo de Entrada Discreta IDM

SIEMENS

ACTIVE

IDMLed Indicador de Estado

Tapa Protectora

123456789

10111213141516

17181920212223242526272829303132

de campo.)

Redundancia Módulo a Módulo en Controlador

Todas las comunicaciones internas son redundantes

Cable deredundancia

Redundancia Rack to Tack

ODMTodas las comunicaciones internas son redundantes

Inmune a cualquier falla individualInmune a cualquier falla individual

Modelo de Arquitectura

SISTEMAS INSTRUMENTADOS DE SEGURIDAD

Algunas Historias …

Three Mile Island…

30 minutes from30 minutes from

Después de Three Mile Island…

Después de TMI pero antes de Chernóbyl, los directores de Soviet Academy of Sciences dijeron:"Los reactores soviéticos serán pronto tan seguros que los podremos instalar en la Plaza Roja".

Cuando el gerente de la planta de Bhopal fue informado del accidente, dijo con incredulidad:"La fuga de gas simplemente no puede ser de mi planta. Nuestra planta esta parada. Nuestra tecnología no puede fallar. No es posible tener fugas".

¿Cómo podemos estar seguros?

Muy Facil!Haga lo que los franceser hicieron hace 200 años…

Aprobaron una ley que obligaba a los fabricantes de explosivos a vivir en la fabrica… Con sus familias!

¿Podemos hacer eso?

¡¡¡EPA !!! ¡¡¡Un Momento !!!

¿Es difícil estar seguros?

Una ley de seguridad fue pasada por el Congreso Norteamericano, por que los niños quedaban atrapados en los refrigeradores y se sofocaban, mientras jugaban en refrigeradores en desuso.

Los fabricantes insistían en que no se podía diseñar un gancho de cierre mas seguro.

Pero cuando se los obligo por ley, inventaron el sistema de cierre magnético, que no sólo evita el peligro, sino que es más barato que el anterior.

¿Es difícil estar seguros?¿Niveles de seguridad?

No! Estado Sólido, probado a diario! ¿… y el diagnóstico?

PLCs, el vendedor dice queNO HAY QUE APROBARLOS!

¡Una locura! TMR ¡Con tres sensores!

Ok, pero y ¿Las válvulas?

¡Si! ¿Y que hay deCausa Común?

¿Y la complejidad?

¡Que! ¿No es suficiente el DCS?

DEFINICIÓN SPE / SIS

¿Qué es un SPE o SIS?...¿Que hace?

Separación

Fallas Paran La planta

Sistema Durmiente

Lógica Directa

¿Qué es un SPE o SIS?...¿Que hace?Hay tres elementos básicos en un Sistema de Paradas de Emergencia (SPE) o Sistema Instrumentado de Seguridad (SIS).- Sistema Electrónico Programable - Sensores - Elementos Finales de Control}

3 Elementos3 Elementos

SIL Nivel Integral de

Seguridad (Safety Integrity Level)

SIL Nivel Integral de

Seguridad (Safety Integrity Level)

Define el SIL

¿Cuál es la idea?

Tener múltiples capas de protección. Acción del SIS

Niveles de Alarma

Proceso

¿Es difícil estar seguros?

Punto deDisparo

Seguro Mecánico

Alto Nivel

Alarma Alto Nivel OperadorToma Acción

Nivel de Proceso

Acción del SIS

Bajo Nivel

Nivel NormalTP

¿Está esplotando la

planta,o es otro

simulacro?

¿Para que?

… Para reducir el nivel de riesgo a un estado aceptable

Acción SPE

Proceso

Riesgo inherente al Proceso

Nivel Riesgo AceptableNivel Proceso

Nivel Alarmas

¿Qué es un riesgo aceptable?

Todo proceso envuelve Riesgo

Riesgo es una medida de la probabilidad de ocurrencia y la severidad del efecto adverso; o sea: ¿Qué tan Frecuentemente puede pasar y cuales son las consecuencias si pasa?

Gobiernos y Corporaciones determinan …

Niveles de Riesgo Aceptables

Debemos definir ..

¿Como Evaluamos Riesgo?

Riesgo Estimado

CriterioPolíticas

SiACEPTABLE

NivelRiesgo

Aceptable

Medidas para MitigarRiesgoNO

Frecuencia Consecuencia

Peligro

Poniendo el “Riesgo” en perspectiva

Ejemplo: Número de victimas mortales

Fumar 20 / dia 5000x10-6 por año

Accidente de Automóvil 150x10-6 por año

Accidente en la vía 100x10 -6 por año

Accidente en el Trabajo 10x10 -6 por año

Que le caiga un Rayo encima 0.1x10 -6 por año

Que lo Muerda una Culebra 0.1x10 -6 por año

Que se caiga su avión 0.02x10 -6 por año

Poniendo el “Riesgo” en perspectiva

¿Por qué usas cinturón de seguridad si

fumas 40 cigarros al día?

¿Qué?

¡Pepe!

QUADLOG

Sistema de Parada de Emergencia - UDP

Todo proceso envuelve Riesgo

Riesgo es una medida de la probabilidad de ocurrencia y la severidad del efecto adverso; o sea: ¿Qué tan Frecuentemente puede pasar y cuales son las consecuencias si pasa?

Gobiernos y Corporaciones determinan …

Niveles de Riesgo Aceptables

SIEMENS

ACTIVE

MODULDO DE CONTROL CRITICO CCM

Tapa Protectora

errors, or a less severe board level error.Flashing Red / BlackFailure detected, board level problem(1 per second) effecting more than one channel.Flashing Red / BlackIOBUS communication error.(5 per second)Solid Red Module fault; severe.

ACTIVESolid Green Module in Control.OFF Redundant module in standby mode or off-line

SECURITY

SIEMENS

ACTIVE

CDMLed Indicador de Estado

MODULDO DISCRETO CRITICO CDM

Tapa Protectora

12345678910111213141516

17181920212223242526272829303132

de campo.)

HIBRIDOS YSISTEMAS DE CONTROL DE PROCESOS

¿Que hay de nuevo?

Integra diversos sistemas de control existentes en una planta (DCS, PLC)

Sistema Inteligente, flexible y versátil

Bajo costo

Control discreto, batch, regulatorio

Problemas para ejecutar control texto estructurado y secuencial

Integra diversos sistemas de control existentes en una planta (DCS, PLC)

Sistema Inteligente, flexible y versátil

Bajo costo

Control discreto, batch, regulatorio

Control por texto estructurado y secuencial

Control avanzado: Fuzzy Logic, predictivo y redes neuronales

Integración de sistemas existentes

Sistema abierto, flexible, versátil, robusto, seguro, modular y escalable

Sistemas HCS Sistemas PCS

PCS Siemens

PCS 7 ES EngineeringPCS 7 OS Clients PCS 7 OS Clients

Simatic PCS 7

S7-41x

S7-417H

PCS 7 OS Server

PCS 7/APACS+ OS

4-mation

APACS+/ QUADLOG

Quadlog / APACS+

PCS 7/90 OS

Bailey

Bailey Infi/NET90

Simatic 505

SIMATIC 505

PCS 7/505 OS

Prograf AS

PCS 7/TM OS

Teleperm M

AS 235

planned

PCS 7/DCS OS

Delta V, EmersonSistema de Control DeltaV

¿Alguna Pregunta?

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