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
Nivel
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
ía
Módulo
Control
Módulo I/O
Red
Arquitectura DCS - UDP
APACSAdvanced Process Automation & Control System
SIEMENS
OK
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)
REA
DW
RIT
E
Control System Hardware
OperatorControl
Plugs de Módulos APACS
P1
P2
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
OK
ACTIVE
ACM
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
OK
ACTIVE
SAM
Led Indicador de Estado
Led Indicador de Encendido.
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.)
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.
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
OK
ACTIVE
SAI
Led Indicador de Estado
Led Indicador de Encendido.
MODULO DE ENTRADA ANALOGO SAI
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.)
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.
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
OK
ACTIVE
PFM
Led Indicador de Estado
Led Indicador de Encendido.
MODULO DE CAMPO PROFIBUS PFM
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.
SIEMENS
OK
ACTIVE
HFM
Led Indicador de Estado
Led Indicador de Encendido.
MODULO DE CAMPO HART HFM
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.
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.)
SIEMENS
OK
ACTIVE
SDMLed 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.
123456789
10111213141516
17181920212223242526272829303132
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.)
Módulo Discreto Estandar SDM
Módulo de Entrada Discreta IDM
SIEMENS
OK
ACTIVE
IDMLed 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.
123456789
10111213141516
17181920212223242526272829303132
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.)
Redundancia Módulo a Módulo en Controlador
ODM
AC
MA
CM
I/O
I/O
I/O
I/O
I/O
I/O
I/O
I/O
Todas las comunicaciones internas son redundantes
Cable deredundancia
Redundancia Rack to Tack
AC
MI/
OI/
OI/
OI/
OI/
OI/
OI/
OI/
OI/
O
AC
MI/
OI/
OI/
OI/
OI/
OI/
OI/
OI/
OI/
O
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?
TP
SBCP
TP
SIS
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}
PT
BPCS
PT
ESD
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
TP
SBCP
TP
SPE
¿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
SBCP
TP
SPE
¿Está esplotando la
planta,o es otro
simulacro?
¿Para que?
TP
SBCP
TP
SPE
… Para reducir el nivel de riesgo a un estado aceptable
Acción SPE
R.
Proceso
Riesgo inherente al Proceso
Nivel Riesgo AceptableNivel Proceso
Nivel Alarmas
TP
SBCP
TP
SPE
Otros
¿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
… Para reducir el nivel de riesgo a un estado aceptable
Debemos definir ..
… Para reducir el nivel de riesgo a un estado aceptable
¿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
OK
ACTIVE
CCM
Led Indicador de Estado
Led Indicador de Encendido.
MODULDO DE CONTROL CRITICO CCM
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 / 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
configuration of module.
SECURITY
SIEMENS
OK
ACTIVE
CDMLed Indicador de Estado
Led Indicador de Encendido.
MODULDO DISCRETO CRITICO CDM
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.
12345678910111213141516
17181920212223242526272829303132
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.)
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
PR
OFI
BU
S
S7-41x
S7-417H
PCS 7 OS Server
MBus
PCS 7/APACS+ OS
4-mation
APACS+/ QUADLOG
Quadlog / APACS+
PCS 7/90 OS
Bailey
Bailey Infi/NET90
Simatic 505
H1 TF
SIMATIC 505
APT
CP 1
43
4 T
F
RBE
CP 1
43
RBE
PCS 7/505 OS
Prograf AS
CS275
PCS 7/TM OS
Teleperm M
AS 235
DCS
planned
PCS 7/DCS OS
Delta V, EmersonSistema de Control DeltaV
¿Alguna Pregunta?