Comparando PLC y DCS: ¿Cuál es la verdadera diferencia? Se desea automatizar un proceso pero no se puede decidir entre un Sistema de Control Distribuido (DCS, por sus siglas en inglés) o un Controlador Lógico Programable (PLC, por sus siglas en inglés). ¿Son en realidad tan diferentes entre sí estos sistemas? Las respuestas dependen en una plétora de otras preguntas. Regresemos el tiempo a 10-15 años atrás: el PLC es el rey del control de maquinaria mientras que el DCS domina el control de procesos. Si se manufacturan aparatos de plástico, estamos hablando de un PLC. Si la producción es de químicos, hablamos de un DCS. Hoy en día, las dos tecnologías compartes reinos al mismo tiempo que los límites funcionales entre ambos continúan borrándose. Ahora usamos uno en el ámbito en el que el otro era el sistema predominante. Sin embargo, el PLC continua dominando el control de alta velocidad de maquinaria y el DCS prevalece en procesos continuos complejos. Los primeros DCS¶s se miraban dramáticamente diferentes de los primeros PLC. Inicialmente, el DCS desempeñaba funciones de control analógicas del panel de instrumentos que reemplazaba, y su interface imitaba los displays de sus paneles. Luego los DCS¶s obtuvieron capacidades de secuenciamiento lógico para controlar procesos de lotes al igual que procesos continuos. Los DCS¶s ejecutan miles de mediciones analógicas y controlan docenas de salidas analógicas, usando control proporcional integrativo derivativo (PID) multivariable.Con la misma tecnología de microprocesador de 8 bits que levantó a los DCS, los PLC empezaron a reemplazar la lógica del control convencional de máquina basado en relés/dispositivos de estado sólido. El PLC trata con salidas/entradas de contacto y el parado/arranque de motores al ejecutar cálculos lógicos Booleanos. El cambio más grande en tecnología DCS en los últimos 20 años es el movimiento de hardware propietario al uso de computadores personales (PC) y tecnologías LAN estándar. Con cada avance en capacidad de las PC, el DCS ha avanzado en sus propiedades. Los PC nos dan interfaces operador-proceso (OPI, en inglés) rápidas, confiables, con capacidad de multimedia y basada en ventanas. El uso de bases de datos correlaciónales y software de hojas de cálculo mejoran la habilidad de los DCS para almacenar y manipular información y datos. La tecnología de inteligencia artificial (AI) nos brinda gestión de alarmas ³inteligentes´. Actualmente, la arquitectura del DCS se parece mucho a la de los DCS de hace 20 años, pero el DCS de mañana podrá controlar a través de dispositivos ³inteligentes´ sin hardware I/O propios.
La mayoría de los DCS¶s ofrecen controladores redundantes, redes y I/O. La mayoría proporcionan redundancia ³built-in´ y propiedades de diagnóstico, sin necesidad de lógica escrita-por-usuario. El DCS permite la configuración centraliza desde la consola del operador o del ingeniero en el cuarto de control. Se puede cambiar la programación en modo off-line, y descargar sin resetear el sistema para que el cambio fuera efectivo. El DCS permite la comunicación entre controladores. Se puede hacer intercambio de datos en la mayoría de los sistemas DCS ad hoc (no existe necesidad de listas predefinidas de puntos de datos). Se puede accesar la información por nombre de etiqueta, sin perjuicio de hardware o localidad. Los DCS usan sistemas operativos multi-tareas, de forma que se pueden descargar y correr aplicaciones aparte de las funciones de control en tiempo real y aun así hacer control fraccionario secundario. El DCS viene ahora en ³micro´ sistemas, para competir a base de precios con el PLC, con sistemas DCS con capacidades y propiedades completas. El DCS típico tiene diagnósticos integrados y plantillas estándar de display que se extienden/actualizan automáticamente cuando la base de datos cambia. Esta base de datos es central al sistema; no se tienen bases de datos diferentes alojadas en los controladores. Los DCS usan herramientas amigables y configurables, incluyendo inglés estructurado, librerías de bloques de control, diagramas secuenciales de función (SFC, en inglés) y hasta lógica de escalera. La mayoría de los DCS permiten configuración gráfica, proveen diagnósticos en línea y se documentan por sí mismos. La mayoría utilizan bloques de control definidos por el usuario o estrategias personalizadas. Los controlares ejecutan estrategias de control como tareas independientes; así, la ejecución de cambios a parte de la lógica de control no tiene impacto en el resto. Una diferencia importante entre el DCS¶s y los PLC¶s es como sus proveedores los mercadean. Los proveedores de DCS típicamente los venden un sistema completo, integrado, probado y llave en mano.; ofreciendo implementación completa de aplicaciones. Ofrecen servicios variados: entrenamiento, instalación, servicio de campo e integración con sus sistemas informáticos, IT. Un proveedor de DCS provee un servidor con una base de datos relacional, una LAN con PC para la automatización de la oficina, soporte de red e integración de aplicaciones y sistemas de terceros. El proveedor de DCS trata de ser la tienda ³que lo tiene todo´. El PLC es más un dispositivo ³hágalo usted mismo´, que es muchas veces más fácil de ejecutar.
Cuando los PLC solamente eran reemplazos de los relés cableados, únicamente manejaban I/O digitales, sin interface con el operador o capacidades de comunicación. Aparecieron interfaces simples con operador que evolucionaron a interfaces más complejas mientras el PLC manejaba problemas de automatización cada vez más complicados. Se pasó de un panel con botones y lámparas indicadoras de I/O a displays de PLC, a colores y completamente ajustables, que corren sobre software SCADA a través de una red. Los PLC ahora tienen muchas funciones similares a los DCS (por ejemplo, algoritmos PID) y I/O analógicas. Han dejado lejos su sitio de nacimiento: el mundo digital (entradas provenientes de sensores y switches binarios y salidas a base de contactos para hacer arrancar motores y disparar solenoides). Los PLC son rápidos: corren un ciclo de entrada-computo-salida en milisegundos. Por otro lado, los DCS ofrecen ciclos de control en segundos fraccionados (1/2 a 1/10). Sin embargo, algunos DCS¶s proveen lógica disparada por interrupciones / eventos para aplicaciones de alta velocidad. Los PLC son computadoras simples y robustas con periféricos mínimos y sistemas operativos sencillos. Al mismo tiempo que aumentan la confiabilidad, la simplicidad del PLC no incluye redundancia. Así, variaciones completamente redundantes (en ³caliente´, automáticas, sin efectos) de PLC, con su hardware y software asociado, a veces sufren una reducción en su confiabilidad, una característica por la cual los PLC son famosos. El intercambio de datos usualmente requiere la asignación de registros de datos y de direcciones en la lógica del PLC. Si se adicionan registros o se reasignan datos, generalmente se deben manejar de forma manual y lidiar con el ³efecto domino´ Los lenguajes basados en la lógica de escalera de relé (RLL, en inglés) incluyen boques de función que ejecutan control y funciones matemáticas complejas. Las funciones de control multi-lazo (por ejemplo, Administración en cascada e inicialización de lazo) no son comunes. Para funciones que son muy difíciles de implementar en RLL, la mayoría de los PLC proveen bloques de función que llaman a un programa escrito por el usuario (usando comúnmente BASIC o C). Los PLC operan comúnmente como máquinas de ³estado´: leen todas las entradas, ejecutan la lógica y controlan las salidas. La lógica escrita por el usuario es comúnmente un gran programa en RLL, lo que significa que se debe apagar todo el PLC para hacer un cambio, por muy pequeño que sea. También se uno se puede encontrar con problemas de sincronización de bases de datos debido a la separación entre el PLC y los paquetes de software del interfaz hombre-máquina (HMI, en inglés), contrario a la base de datos central que tiene el DCS.
Un PLC correrá en una configuración stand-alone. Un controlador DCS normalmente espera una interface de operador y de comunicaciones, para que pueda enviar alarmas, mensajes, actualizaciones de instrucciones y mostrar las actualizaciones. Muchas instalaciones a base de PLC usan software de interface de terceros para mejorar gráficos y proveer niveles de alarma, cálculo de tendencias y de informe. El PLC y el software de la HMI interactúan al estar conectadas a la red y al usar el mecanismo de intercambio de registros para obtener datos desde y hacia varios PLC. Este tipo de comunicación presume que se han preasignado los registros de datos y que se pueden capturar los datos a una frecuencia absoluta. Esto puede conducir a errores en el procesamiento de datos (por ejemplo, datos que provienen de la entrada errada) que no se encontrarían en la base de datos central de un DCS. Algunos PLC usan redes propietarias, otros pueden utilizar LAN¶s. De cualquier forma, las funciones de comunicación son las mismas de buscar y colocar registros. Esto puede resultar en cuellos de botella y problemas de tiempos si muchas PC¶s se tratan de comunicar con demasiados PLC a través de una red. Un PLC puede tener un paquete desarrollado por terceros para las interfaces de operador, interfaces de LAN para PC¶s y periféricos, vía de datos de PC o buses, controladores redundantes con I/O local y distribuida, HMI local y capacidad local de programación. El PLC podría tener soporte redundante de media, pero no hardware redundante de comunicaciones o hardware de bus I/O como se tiene en el DCS. Un PLC podría tener tarjetas I/O pre programadas para rangos y tipos específicos de señal. Hoy en día, la decisión entre un PLC y un DCS a menudo depende en aspectos de negocio más que en funciones técnicas. Las preguntas que se deben considerar son aquellas que involucran: 1. 2. 3. 4.
La experiencia interna en ejecutar el proyecto Nivel de soporte disponible del proveedor / integrador Mantenibilidad a largo plazo Costo de ciclo de vida
Los PLC y los DCS traslapan sus funcionalidades, pero tienen fortalezas distintivas así como debilidades. Cuando se decide entre los dos, es necesario conocer quien proveerá y soportará el sistema y como lo harán.
Traducción libre del artículo ³Compare PLC and DCS: Whatisthedifference?´ de PAControl.com, 2009
¿DCS o PLC? Este es un tema que se ha discutido eternamente a través de los años desde que existen DCS y PLC con SCADA como la cereza que corona el pastel En noviembre de 2009 me percaté de un gran artículo ³¿eliminan los PLC la necesidad de DCS´ en el sitio de automation.com que resume las diferencia de manera magistral. Lo hace si desde el punto de vista del campamento profesional del DCS, lo cual no es una sorpresa porque esencialmente se basa en una entrevista a Honeywell 1. Aun así, no promueve a Honeywell sobre otros DCS¶s y solo presente muchos de los argumentos centrales que los suplidores de DCS presentan para vender su producto. Tiene muchos puntos buenos. Los DCS¶s han tenido éxito por una buena razón. Fueron los primeros en ³encapsular´ cosas como control PID y la emulación de paneles de control. Y la gente del PLC ³encapsuló´ relés y ganó el mercado ³discreto´. Sería bueno ver el otro lado del argumento, presentado con equidad e imparcialidad; nadie lo ha hecho en respuesta a ese artículo, así que yo tomo la iniciativa. Será tal vez porque los proveedores de sistemas PLC / SCADA son más numerosos pero pequeños, y nadie tiene el tiempo para presentar el argumento de defensa. Tal vez sea algo de la Asociación de Integradores de Sistemas de Control (CSIA, en inglés) deba responder. Entonces, veamos los aspectos centrales: 1. ³Hoy en día, con tecnologías abiertas, los sistemas DCS están valuados competitivamente con respecto a los PLC´ . Tal vez, pero no es en mi experiencia con el hardware. Esto bien podría ser verdad si la ingeniería es menor, pero ese es otro tema, de hecho, el siguiente. 2. ³Tomando simplemente un PLC y añadiéndole un HMI y una base de datos encima requiere mucha más ingeniería para obtener control integrado«´ . Yo soy uno de esos que en el pasado ha sido responsable de tal ingeniería y no estoy completamente de acuerdo con la frase ³mucha más ingeniería´. ³mejor´, tal vez, ³más´ depende de la aplicación. Es seguro que los DCS¶s son, por mucho, más fáciles para plantas que tienen lazos de control y un poco más, tales como refinerías e industrias continuas de químicos. Y nunca usarías un DCS para control rápido de maquinaria. Pero es esa área inmensa en medio que el documento sugiere que es ahora territorio del DCS. Pero hay muchos casos en donde el PLC/SCADA prevalece. 1
Compañía que se dedica a la fabricación y comercialización de controladores inteligentes para sistemas automatizados.
3.
Las industrias de comestibles y bebidas tales como la de la cerveza y leche y jugos son buenos ejemplos. Estoy muy al tanto de proyectos del pasado en donde la ingeniería fue más allá de lo que se esperaba, aun y cuando se estaba usando un DCS. ¿Por qué ³configurar´ es mejor que ³programar´? . Primero, es un punto de debate álgido. Así como el SCADA se configura más de lo que se programa y no existe ningún sistema de configuración en los DCS¶s para control secuencial complejo, por ejemplo.También, programar no es necesariamente algo malo, asumiendo que están diseñados bien. Los sistemas con aplicaciones programadas más que configuradas pueden ser mejores. Esto es porque hay mucha más flexibilidad de diseño resultando en mucho menor compromiso de los requerimientos funcionales para ajustarse al sistema estándar.
Otros aspectos incluyen: 4. Crecimiento futuro. Esto debatible ya que los sistemas más grandes (basados en cuentas de I/O) se basan en tecnología PLC. Por ejemplo, muchas manufacturas de alimentos tiene sistemas gigantescos. 5. Necesidad de efectuar cambios de manera frecuente . Por supuesto que si la aplicación está bien diseñada tales cambios serán raros. Las nuevas recetas 2 no requieren cambios en el programa, por ejemplo. 6. Requerimientos de integración. De nuevo, al menos en el pasado ha sido mucho más fácil hacer interfaz con otros sistemas. Aun ahora, muchos DCS se comunican a través de MODBUS y ¿adónde comenzó a utilizarse eso? ¡en los PLC! 7. Tolerancia a fallos. Aquí sí creo que los PLC se quedaron atrás 8. Los proveedores de PLC parecen estar luchando aún al tratar que todas las partes y pedazos trabajen juntos de manera transparente . ¿de veras? Esto talvez podría ser cierto desde el punto de vista de un integrador pequeño de sistemas PLC/SCADA compitiendo con un suplidor grande de DCS para ganar un proyecto. Pero creo que este no es un aspecto técnico, más bien uno de la naturaleza de esos dos tipos de proveedores. Estoy convencido que los resultados de usar un sistema bien diseñado de PLC/SCADA puede ser mucho mejor que utilizar funciones ³enlatadas´ de DCS. No solo en el resultado, pero también en el tiempo que toma escribir en el software, la interfaz de usuario, el tiempo de escaneo del programa para ejecutar, y el costo del hardware. Puedo incluir más razones que un DCS pudiera ser mejor, por ejemplo que el mantenimiento de un sistema PLC/SCADA puede ser más invasivo ya que tienen 2
Esta es una referencia a la terminología utilizada en la norma ISA S88 de los sistemas automatizados por lotes
diferente diseños de arquitectura de software. Pero eso se tratará en otra entrada pronto. Traducción libre del post de Francis con el título ³DCS or PLC?´, colocado en ISA S88 control, el 25 de mayo del 2009
Diferencia entre sistemas DCS y PLC Característica
Año de introducción al mercado
PLC
DCS
En los 60s
1975
Controladores neumáticos y de un l azo de control Industria automotriz Refinerías Discreto Regulatorio (analógico) Si, con desafíos Si Programación Configuración Gráficos simples Gráficos sofisticados Compacto Grande $$ $$$$ "Abierto" "Cerrado" (propietario) Necesita aplicaciones de Integrada en la base de datos terceros única del sistema
En remplazo de
Relés electromagnéticos
Aplicación clásica Tipo de control Capacidad de redundancia Aproximación ingenieril Interface del operador Tamaño / Layout Costo inicial Tipo de sistema HMI asociada
Deben se r configuradas. Sistema optimizado para la Se necesitan aplicaciones presentación de al armas, de terceros, en ocasiones mensajes y di agnósticos
Manejo de alarmas y mensajes
Cambios o modificaciones en el programa Lenguaje / Método de programación Requerimientos de mantenimiento (correctivo y preventivo) Necesidad de capacitación para diagnóstico y mantenimie nto Capacidad de almacenamiento de registros e hi stóricos
Redes de comunicación asociadas
Tipos de sensores / actuadores asociados
Si, en offline Sencillo
Si, offline y online Mediana complejidad
Casi nulo
Casi nulo
Mediana
Alta
Si, con la ayuda de periféricos Redes industriales. A veces, propietarias (Fieldbus, Modbus, CAN, HART, etc.) Simples
(SIEMENS, 2007) (Cushman, Jim; EMERSON , 2007) ,
Si
LAN, Ethernet
inteligentes
