CONTROL DISTRIBUIDO
INTEGRACIÓN DE SISTEMAS AUTOMATICOS
ELECTRÓNICA Y AUTOMATIZA AUTOMATIZACIÓN CIÓN
Control Distribuido
Integración de Sistemas Automáticos
CONCEPTOS DEL CONTROL DISTRIBUIDO. INTRODUCCIÓN.
Los Sistemas de Control Automático son fundamentales para el manejo de los procesos de producción de las plantas industriales. Se ha comprobado que el aumento de la productividad está muy relacionado a la automatización de los procesos en la medida que se haga un uso eficiente de los equipos y sistemas asociados. Actualmente la tecnología permite establecer una serie de estrategias de control que eran de difícil implementación hasta hace solamente algunos años atrás, en especial en procesos industriales complejos. El desarrollo del Control Distribuido en la industria va paralelo al de las comunicaciones. Cada vez se hace más necesario disponer de dispositivos inteligentes para realizar el control o la supervisión remota, tanto de procesos de fabricación, como de almacenamiento o distribución. Los sistemas o redes de comunicación empleados en entornos industriales se encuentran condicionados a una problemática específica que los hace diferentes de las redes de datos o redes de oficina. El desarrollo de los microprocesadores, Microcontroladores y Controladores Lógicos Programables (PLCs) dio lugar al surgimiento del Control Distribuido. En este tipo de esquema el PLC, o un microprocesador, controla una o más variables del sistema realizando un control directo de las mismas. Estos equipos de control se comunican con otros elementos de su nivel y con el nivel superior de supervisión. EVOLUCIÓN DEL CONTROL DISTRIBUIDO.
Los conceptos del Control Distribuido tienen sus orígenes en la Revolución Industrial. Los elementos con los que se llevaba las decisiones de control eran mecánicos y electromagnéticos. Esto tenía el inconveniente de que a medida que las operaciones de control y automatización se hacían más complejas, los tableros de control (armarios eléctricos) se volvían m ás voluminosos. En los años 50 con la aparición de la electrónica de semiconductores se reduce el tamaño de los armarios eléctricos y el número de averías por desgaste de componentes eléctricos. Aunque esto era mucho más amigable que los tableros eléctricos de la revolución industrial, presentaba problemas de flexibilidad ya que un sistema de control sirve sólo para una aplicación en específico, y no es reutilizable. Hacia finales de los años 70 aparecen mejoras en los autómatas dándoles a estos:
Mayor memoria Capacidad de gobernar bucles de control Más tipos de E/S Lenguajes de programación más potentes Comunicaciones más potentes
En los años 80 se continúa con mejoras, siendo algunas de estas:
Mayor velocidad de proceso Dimensiones más reducidas T écnicas de control más complejas Múltiples lenguajes (contactos, listas de instrucciones)
En la actualidad existen gran cantidad de autómatas híbridos compactos, sencillos y modulares, incluso para aplicaciones domésticas. Presentan grandes posibilidades de ampliación. Y con una tendencia hacia una evolución continua de los sistemas de comunicación, constituyendo redes de Página 2
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autómatas que permitan implementaciones más complejas y seguras. Las nuevas características de los sistemas de automatización apuntan a incorporar características de los sistemas distribuidos como:
Escalabilidad Apertura Concurrencia T olerancia a fallas T ransparencia
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En la Figura No. 1, se muestra un esquema de control distribuido, donde puede observarse que la comunicación se da entre cada controlador de proceso (comunicación horizontal).
Figura No. 1. Esquema de Control Distribuido.
En el esquema anterior, se puede observar la existencia de varias unidades de control que llevan a cabo las tareas. En caso de avería o sobrecarga de trabajo, será posible transferir todo o parte de las tareas a otras unidades. La idea de hacer bypass a las unidades con problemas permite evitar bloqueos innecesarios del sistema, pero por otra parte exige que los diferentes controladores tengan una asignación dinámica de las tareas y por tanto que se les exija gran capacidad de acceso a la comunicación y tratamiento de la información. La desventaja de esto es la disminución de la velocidad de comunicación debido a los retardos, posibles desbordamientos en el procesamiento de datos en cada nivel y falta de flujo de información directa entre controladores. Aunque está siendo solucionado con la aparición de tecnologías cada vez más potentes. Página 3
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La T abla No. 1 muestra los aspectos principales del control distribuido: Arquitectura Distribuida
ipo de Control Predominante. T
ipos de Variables. Área de Acción. Unidades de Adquisición de Datos y Control. Medios de Comunicación. Base de Datos. T
Regulatorio: Lazos de control cerrados automáticamente por el sistema. Adicionalmente: control secuencial, batch, algoritmos avanzados, etc. Acopladas. Área de la planta. Controladores de Lazo, PLCs, DCS·s Redes de Área Local, conexión directa. Distribuida.
abla No. 1. Principales características del Control Distribuido.
T
Hasta aquí hemos podido observar que la comunicación entre controladores es un aspecto fundamental para el funcionamiento de un sistema de control distribuido. A continuación se detallan las especificaciones con que deben cumplir estas redes de controladores para operar en el ambiente de planta. Características específicas de las redes locales industriales: Entorno de funcionamiento hostil. Las redes industriales deben ser lo suficientemente robustas como para soportar golpes, atmósfera agresiva, radiaciones, electromagnéticas, ruido eléctrico y otras perturbaciones típicas en la operación de la planta. Restricciones temporales. Las redes que comunican elementos de control con requisitos como tiempo máximo de entrega de mensajes, esquemas de prioridades e índices elevados de disponibilidad. Arquitecturas adecuadas. Deben ser arquitecturas abiertas que permitan la interconexión de elementos de distintos proveedores sin problemas. SECCIONES Y NIVELES DE UN CONTROL DISTRIBUIDO.
Combinando los conceptos de lazo de control y comunicaciones industriales, un sistema de control distribuido (DCS) consta de uno o más ´nivelesµ de control, los cuales, están vinculados con el fin de ejecutar conjuntamente tareas complejas con un máximo de efectividad y una elevada optimización en el uso de los recursos. En la Figura No. 2 se muestra la relación existente entre los diferentes niveles de un DCS, sobre los cuales sería interesante hacer la siguiente precisión: en su definición original (clásica) eran los niveles 1, 2 y 3 los que realmente formaban el DCS, estando el restante (4) más vinculado al sistema de gestión de la empresa. Sin embargo, hoy en día, cuando se habla de control distribuido se está haciendo referencia a la totalidad de la Figura No. 2, de ahí que se tienda a utilizar cada vez más el nombre de sistemas de información total. En los niveles inferiores de un control distribuido estarán aquellos elementos que están en contacto con el proceso y, por tanto, ajustados a los parámetros y variables que el proceso suministra y que el DCS debe controlar.
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Figura No. 2. Niveles, conexiones y elementos que intervienen en un sistema de control distribuido (DCS).
COMPUTADORA Y EL CONTROL DISTRIBUIDO.
TIPOS DE REDES DE CONTROL. ¿QUÉ ES UNA RED?
Existen varias definiciones acerca de que es una red, algunas de las cuales son: Conjunto de operaciones centralizadas o distribuidas, con el fin de compartir recursos "hardware y software". Sistema de transmisión de datos que permite el intercambio de i nformación entre ordenadores. Conjunto de nodos "computador" conectados entre sí. y
y y
RED DE CONTROL.
Las redes de control sobrellevan la transmisión de datos en pequeños paquetes, de forma continua, para los requerimientos de recolección de información en tiempo real a un alto número de estaciones.
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