Un SCD como se muestra en el esquema de la figura 1.3típicamente usa computadoras (normalmente procesadores adaptados a las necesidades del usuario) como controladores y utiliza interconexiones y protocolos para la comunicación. Los módulos de entrada y salida forman parte de los elementos del SCD. El procesador recibe la información de los módulos de entrada y envía la información a los módulos de salida. Canales de comunicación en las computadoras o canales eléctricos conectan al procesador y a los módulos a través de multiplexores/de-multiplexores. Los canales también conectan a los controladores distribuidos con el controlador central y finalmente a la interfaz Hombre/Máquina (HMI) o consolas de control.
Los elementos de un sistema de control distribuido pueden conectarse directamente a equipos físicos como interruptores, bombas y válvulas o pueden trabajar a través de un sistema intermedio como un sistema de SCADA. [19]
Para comenzar con el estudio de la arquitectura de un SCD se muestra el esquema de la figura 1.10 que describen el funcionamiento del flujo de información de los componentes básicos, y su descripción como se mencionamás adelante.
Figura 1. 10 Esquema general de un SCD
Por tanto, la arquitectura de un sistema de control distribuido considera los siguientes dispositivos y conceptos:
Interfaces
Unidades de almacenamiento masivo Unidades de control
Fuentes de poder
Sistemas de fuerza continuos Estructuras de apoyo
30
Interfaz
Una interfaz es un dispositivo que hace posible la comunicación entre los diferentes componentes del sistema con el ser humano, con otros sistemas, o con el proceso.
De las aseveraciones anteriores se obtienen los tipos de interfaces que se tienen en un sistema de control:
Interfaces Hombre/Máquina Interfaces Máquina/Máquina Interfaces con el proceso
a) Interfaces Hombre/Máquina
Este tipo de interfaces son dispositivos que permiten, ya sea al operador o al ingeniero poder monitorear, manipular y/o configurar los sistemas de control distribuido.
Las interfaces Hombre/Máquina que se consideran son: Monitores
Teclados Impresoras
Video-copiadora a color Controladores del cursor
Como tal estas interfaces deben cumplir con requerimientos, estos son: Deben tener la posibilidad de poder monitorear el proceso Deben ser capaces de presentar las variables del proceso
Deben tener la posibilidad de presentar las condiciones de las alarmas del proceso Deben ser capaces de establecer una prioridad de alarmas en caso de múltiples alarmas Deben mostrar las tendencias del proceso
b) Interfaces Máquina/Máquina
Estos dispositivos permiten la comunicación del sistema con otros dispositivos inteligentes externos al mismo.
La denominación de inteligencia en una interfaz la proporciona la incorporación de un circuito dotado de ésta.
Para esto, el sistema debe tener la capacidad de permitir la comunicación interna entre las unidades de control, la consola del operador y la computadora del proceso, localizadas en el cuarto de control, sin la necesidad de usar interfaces Hombre/Máquina.
En este tipo de comunicaciones se reconocen los puertos de comunicaciones entre los equipos, ya que estos con los medios por los cuales se recibe y se envía información. Un punto importante en
31
esta consideración es que cuando se encuentran conectados en una red de un tipo específico otra variante a considerar es el tipo de cable por el que se enlazan.
c) Interfaz con el proceso
Este tipo de interfaz engloba a los dispositivos necesarios para permitir al sistema la recepción/envío de señales desde/hacia los instrumentos de proceso. Estas interfaces deben ser instaladas en gabinetes de diseño modular que permiten una fácil instalación de las tarjetas (módulos).
Se consideran dos clasificaciones de interfaces de proceso:
Interfaces de señales de campo (entradas)
Este tipo de dispositivos reciben diferentes tipos de señales de la instrumentación de campo, valida, condiciona, estandariza y digitaliza estas señales para ser alimentadas hacia el multiplexor y ser finalmente interpretadas por el sistema. Las principales interfaces de procesos para las señales de entra de campo son las siguientes:
- Interfaces de entrada analógica de alto nivel (4-20mA y 0-10 V)
- Interfaces de entrada analógica de bajo nivel (termopares y RTD’S)
- Interfaces de entrada digitales
- Interfaces para transmisores inteligentes Interfaces para señales hacia el campo (salidas)
Estas interfaces deben manejar dispositivos eléctricos como válvulas solenoide, arrancadores de motores, luces indicadoras, elementos finales de control, etc., así como validar estas señales y mantener su último valor en caso de falla. Las interfaces de señales de campo son divididas en los siguientes tipos:
- Interfaces para salidas analógicas (4-20mA y 0-10 V) - Interfaces para salidas digitales
Para la selección de interfaces se debe considerar el número de señales indicando en el sumario de Entradas/Salidas y funciones, así como los porcentajes de reserva de (25%) y redundancias requeridas, según la Sociedad de Instrumentistas de América (ISA) sección México.
Unidades de almacenamiento masivo
Estos son los dispositivos requeridos para permitir el arranque, operación y almacenamiento de información de todo el sistema, por periodos especificados. Su cobertura será para todos los dispositivos inteligentes. Los dispositivos de almacenamiento serán aquellos que permitan recopilar de una manera eficiente y segura la información generada u obtenida.
32
De esta forma se puede observar tres clasificaciones:
Medios móviles: estos son USB. Estos dispositivos son usados generalmente para crear un respaldo de información de los discos duros de la computadora para que puedan ser leídos en otras computadoras o en caso de prevención contra algún desperfecto en la unidad de procesamiento.
Medios fijos: se consideran como medios fijos los discos duros de la unidad de procesamiento de una computadora, los cuales deben tener la capacidad de almacenar la información necesaria para el correcto desarrollo de la actividad.
Memoria permanente: en este caso se encuentra la memoria RAM (Random Access Memory), ROM (ReadOnlyMemory) y cache que son necesarias para elcorrecto funcionamiento de la máquina; estas memorias están contenidas en la tarjeta madre de la máquina, y para usos industriales, se requiere que como mínimo la memoria RAM.
Unidad de control
Estos dispositivos realizan las acciones que permiten al proceso operar en condiciones normales, sin la interacción directa de los operadores. Debiendo tener la capacidad de comunicarse con todos los dispositivos inteligentes del sistema, así como con otras unidades de control, ya sea para el almacenamiento y procesamiento de datos o para el despliegue de resultados.
Fuentes de poder
Una fuente de poder que se pretende utilizar para las aplicaciones de un sistema de control distribuido debe cumplir con las características de estar regulada en voltaje y frecuencia estando protegidas contra sobre corrientes.
Sistemas de fuerza continuos
Se ocupa en el caso de ausencia de energía eléctrica en toda la planta, si no existiera un equipo que soportara la ausencia de energía se crearía un peligro para el proceso y los mismos operadores. Es por ello que es necesario contar con un sistema de fuerza continuo que proporcione la energía suficiente durante un periodo de tiempo en el que se haga posible el levantamiento de la planta después del fenómeno que produjo el paro de energía.
Estructuras de apoyo
Este tipo de estructuras son auto soportado y alojan a los diferentes dispositivos que constituyen al sistema de control distribuido. Las estructuras que se consideran son las consolas del operador (en las que se alojan las Interfaces de Hombre/Máquina, los dispositivos de almacenamiento y las fuentes de poder) y los gabinetes (en las que se alojan las Interfaces Máquina/Máquina, con el proceso, dispositivos no incluidos en las consolas y fuentes de poder). [9]
33