Sistemas de control distribuido (DCS's): una visión de mercado

En Diciembre de 2019, publicamos un artículo dedicado a los sistemas de control distribuido donde analizábamos la opinión de cinco compañías líderes en cuanto al estado actual de la tecnología en ese momento y las tendencias a futuro. Casi dos años después, y después del significativo parón en la industria provocado por la pandemia de la Covid-19, volvemos a analizar la situación pero, en esta ocasión, poniendo el foco en el mercado.

Para comenzar con el análisis, le hemos preguntado a tres expertos ( ABB, Emerson y Rockwell Automation) cómo se ha comportado el mercado de proceso, el objetivo de los sistemas de control distribuidos, en estos dos últimos años. Rafael López Lorente, Solutions Architect, Energy Industries Division, Process Automation en ABB responde: “Durante los últimos dos años se está observando una tendencia a la baja en nuevos sistemas de control distribuido (DCS) para nuevas plantas de generación clásicas, especialmente carbón, pero también ciclos combinados. El crecimiento del mercado DCS fue bueno durante 2019, con bastantes proyectos nuevos y actualización de existentes; sin embargo, durante el confinamiento y los meses siguientes todos los proyectos se paralizaron, y sólo se mantuvieron los servicios de las instalaciones críticas (plantas de generación, petróleo y gas). Por último, las inversiones en petróleo y gas estuvieron paralizadas por el bajo precio del petróleo en el mercado, especialmente durante los meses de confinamiento y posteriores por falta de demanda. Pero desde el inicio de este año se ha notado un repunte debido a la recuperación de la demanda y con la subida del precio del petróleo”. “Para responder a esta pregunta, debemos hacer un análisis sobre el tipo de industria del que hablemos y a su vez, del tipo de productos que ofrecían a su mercado”, añade, por su parte, David Ascarza Jiménez, Sales Manager Systems and Software de Emerson, “por ejemplo, claramente la Industria del Refino se ha visto directamente impactada. Cualquier artículo de prensa o incluso los resultados de explotación de nuestros operadores nacionales, dan muestra de esta situación. Nos atreveríamos a decir que todas ellas han tenido que revisar sus planes estratégicos, para alinearnos a la situación del mercado actual. Si este análisis lo hacemos extensivo a la industria estrictamente química, aquí quizás nos podemos encontrar con situaciones completamente dispares, es decir, desde empresas que se han visto obligados a incrementar su capacidad de producción a límites anteriormente nunca vistos, a otras que han tenido que parar su actividad. Esta circunstancia es debida básicamente al tipo de producto que servían a sus mercados de referencia. Misma consideración puede tener la industria de F&B, es decir, en función del tipo de producto, se han visto muy afectadas como sucede con los fabricantes de bebidas con fuerte presencia en mercado HORECA, o beneficiadas, como puede suceder con los productores de productos lácteos. Pero un ejemplo claro de cambio sustancial y en algunos casos radical, ha sido el sector de la biotecnología, industria objetivo para la fabricación de vacunas contra la Covid-19. Aquí no solamente se trata de incrementar la capacidad de producción, sino de disminuir drásticamente el tiempo para tener lista una vacuna para producción en masa. Hablamos de pasar de años de desarrollo y puesta en producción, a meses. No olvidemos que es una industria fuertemente regulada, sometida a validaciones y altos estándares de calidad. De alguna manera todas ellas han pasado por un proceso de transformación, tratando de ir en mayor o menor medida a un modelo de planta digital”.

“El impacto de la pandemia se ha reflejado en la industria de proceso, como no podía ser de otra manera, aunque no todos los sectores lo han sufrido de la misma manera”, opina Luis Navarra, Consultor de Soluciones de Proceso en Rockwell Automation. Según considera, sectores como la industria pesada y Oil&Gas se han visto afectados de forma clara por la reducción drástica de los transportes y el consumo de carburantes. Pero en cambio, otras industrias de Proceso, como alimentación, bienes de consumo o la industria farmacéutica han tenido que mantener e, incluso, ampliar sus operaciones durante todo este periodo, con las dificultades que han comportado las restricciones de movilidad y tener a parte de la plantilla trabajando desde casa. “Afortunadamente, durante este último año, la actividad industrial se ha ido recuperando, y se podría haber alcanzado la normalidad de nuevo, si no fuera por la crisis de suministros debida a la escasez de chips, semiconductores y otras materias primas que ha afectado a la industria en general, aunque quizás también podemos pensar que esta escasez de materias primas se ha visto acentuada por una recuperación y crecimiento durante este último año más rápida de las previsiones que se habían hecho inicialmente”.

Los sectores más dinámicos

Respecto a los sectores que siguen invirtiendo en nuevas instalaciones o actualizando las ya existentes, desde ABB señalan al sector del agua,  especialmente en grandes desaladoras para oriente próximo y las asociadas a minería; el sector petróleo y gas, incluyendo estaciones de compresión; el sector minero, el de farmacia y química fina, el  agroalimentario y el sector energético (renovables, H2 y estabilidad de las redes). “Nos atreveríamos a decir que, en líneas generales, cualquier industria que a día de hoy quiera sobrevivir en un mercado tan maduro como el europeo, sin duda deberá pasar por un proceso al menos de adaptación de su obsolescencia”, explica Ascarza desde Emerson. Y añade: “No solo hablamos de obsolescencia de activos, sino también de obsolescencia de sus propios procesos. Rápida adaptación a requerimientos del mercado con nuevos productos, incremento de calidad, reducción de consumos energéticos, introducción de nuevas fuentes de energía, reducción de costes de explotación y emisión de CO2, son ya aspectos clave a día de hoy. Cualquier industria, finalmente tendrá que adaptarse a un proceso de transformación digital que albergue todos o alguno de los aspectos mencionados en el párrafo superior. Garantizará su éxito y su futuro. De nuevo un buen ejemplo es la industria biotecnológica, sector con alta capacidad de crecimiento e inversión. Aspectos tales como la situación demográfica y sociopolítica de cada área geográfica, adaptación rápida a la demanda de mercado con nuevas instalaciones o modificando las existentes, modularidad de las mismas, así como regionalización de cadena de suministro, nos muestran esta posibilidad de inversión. Otro buen ejemplo a día de hoy es la producción de energías limpias, tales como la producción de hidrogeno verde, plantas fotovoltaicas, así como las industrias que están tendiendo a procesos de descarbonización, fabricación de terceros productos, etc…”.

David Ascarza Jiménez, Sales Manager Systems and Software de Emerson

“En estos momentos en que la pandemia aun resiste, pero comenzamos a ver un horizonte de esperanza con las vacunas y nos vamos acostumbrando a esta ‘nueva normalidad’ que nos está imponiendo la pandemia, los fondos europeos suponen una oportunidad para que la industria en España pueda completar los planes de modernización iniciados en los años anteriores bajo el paraguas de la digitalización y la industria conectada 4.0. La evolución del último año del sector industrial está siendo bueno, recuperándose proyectos que se tuvieron que retrasar por la pandemia e iniciándose otros nuevos”, explican en Rockwell y ponen como ejemplo al sector farmacéutico, que durante la pandemia ha tenido que dar respuesta a las demandas de equipos de protección, ha tenido que construir nuevas líneas, adaptar existentes e incrementar las capacidades productivas para dar respuesta a las necesidades de fabricación de las nuevas vacunas, pero también a todos los productos consumibles que la lucha contra la pandemia ha necesitado, y todo esto en un tiempo récord. “La reactivación de la economía ha retomado iniciativas anteriores a la pandemia como la digitalización en la industria de Bienes de Consumo (alimentación, bebidas, cuidado personal, productos de limpieza, etc.) para la modernización y aumento de la competitividad de las fábricas de este sector”, continúa Navarra, “también se han reimpulsado las iniciativas de sostenibilidad, por ejemplo, en la industria pesada (minería, acero, cemento, etc.) para reducir las emisiones de CO2, el tratamiento de aguas y residuos, la generación de energía limpia, etc”.

¿Inquietud en el mercado?

En este punto, también hemos querido lanzar la siguiente cuestión a los expertos: ¿Existe inquietud en el mercado de proceso de actualizar o incorporar a los sistemas de control distribuido de tecnologías de almacenamiento, gestión, comunicación y trazabilidad del dato que mejoren o impulsen la eficiencia de los procesos de producción y el seguimiento del producto? Rafael López Lorente responde: “La trazabilidad en toda la industria discreta es un requerimiento de calidad que ya está totalmente impuesto en el mercado. Ahora, dado que todos estos datos se tienen que almacenar, la cuestión es sacarle partido, para ello, cada vez más son las empresas que recurren a aplicaciones en la nube de Big Data, analítica de datos, machine learning y AI para optimizar el proceso, los costes, la productividad, la operación, el mantenimiento de los activos y la calidad del producto. En el caso de los procesos en continuo esto era más complicado, pero con los nuevos dispositivos e instrumentos inteligentes directamente conectados a redes de banda ancha e IoT, y a la gran capacidad de tratamiento de datos que ofrece la nube, están permitiendo una revolución. Esta revolución incluye optimización de la operación y producción, reducción de las necesidades de servicio, mantenimiento predictivo, gestión óptima de recursos y flotas, gestión de activos distribuidos…”. “Antes de la situación de pandemia, sí había algo de inquietud, pero mucho menor que la que podemos ver ahora. Todos estamos empezando a incluir en nuestra jerga profesional diaria palabras como conectividad externa, ciberseguridad, diodo de datos, datalake, analítica de datos, machine learning, gemelo digital…y este es un buen primer paso”, añade, por su parte, David Ascarza. De hecho,  Emerson dispone de una plataforma completa ya no solo de automatización, sino de soporte a la captura de datos, analítica de los mismos, inteligencia artificial, así como de un amplio rango de posibilidades en gemelos digitales. “Entramos en una era de Software y ya tenemos importantes clientes con referencias en algunos de estos campos que indicáis, así que la respuesta es sí, existe y se está consolidando esta demanda”, puntualiza.

Luis Navarra, Consultor de Soluciones de Proceso en Rockwell Automation

“De un tiempo a esta parte, los sistemas de control distribuido han ido incorporando mejoras y nuevas funcionalidades para facilitar el acceso a la información y datos del proceso cada vez más necesarios y demandados por los usuarios. Se ha extendido el uso de la red Ethernet a los buses de comunicaciones y control, incluyendo el control de motores (variadores, arrancadores, protecciones) y la instrumentación de campo en ethernet que facilita la comunicación con ellos y el acceso a sus datos. Los DCS cuentan con potentes herramientas de historización que permiten almacenar los datos del sistema de forma eficiente y fiable. Estos datos almacenados de forma segura se pueden modelizar para disponer de informes, KPIs y cuadros de mando potentes. También disponen de soluciones de control avanzado para realizar control predictivo, disponer de sensores inferenciales, etc”, afirman desde Rockwell Automation, “con todo esto, se suele decir que las últimas generaciones de DCS habilitan o dan accesibilidad a la información de Proceso. Pero las estrategias de digitalización del mercado exigen que los Sistemas de Control Distribuido den un paso más, ya no sólo es necesario el acceso a los datos e información del proceso, sino que además cada vez hay más demandas de procesamiento de datos, analítica, mantenimiento predictivo y prescriptivo, KPIs más exigentes, etc.  Las nuevas generaciones de DCS deben facilitar la integración con todas estas nuevas funcionalidades de la Industria 4.0”. Desde la compañía ponen el siguiente ejemplo: la última versión del Sistema de Control Distribuido de Rockwell, PlantPAx 5.0 está totalmente integrado en la suite de digitalización FactoryTalk InnovationSuite. Las estrategias de control, módulos de Equipo, Units, etc. definidas en PlantPAx están también definidas e integradas directamente en ésta Suite de IOT y Analítica eliminando la necesidad de modelizar los equipos del sistema de control de nuevo en esta plataforma que esta lista para utilizar los datos del DCS. Se dispone de múltiples funcionalidades ya definidas, por ejemplo, para disponer de Realidad Aumentada en los dispositivos del sistema como válvulas de control, bombas o instrumentos. Mediante Realidad Aumentada se puede identificar un equipo en planta directamente y acceder a datos en tiempo real del DCS (Estado del dispositivo, alarmas, enclavamientos), información de mantenimiento como horas de funcionamiento, acciones correctivas, o a instrucciones paso a paso de operación y mantenimiento del equipo, etc.

Soluciones de tipo gemelo digital

Otra pregunta más: ¿Existe inquietud en este mercado de considerar soluciones de tipo ‘gemelo digital’ que permitan sobre modelos virtuales de la planta adelantar puestas en marcha, formar a operadores u optimizar procesos de producción? Rafael López Lorente responde rotundo que sí, “cada vez son más frecuentes las peticiones de gemelo digital que puede ser a distintos niveles, desde simulación de un dispositivo o parte del proceso, a la planta en su conjunto, bien de forma on-line para optimización de ésta, como off-line para posibilitar un ‘virtual commissioning’ (puesta en servicio virtual durante pruebas FAT), o para la formación de operadores. Entendemos que el siguiente paso sería extender este modelo digital para el diseño de instalaciones, pudiendo probar las distintas opciones de una planta antes de comenzar a construirla, ejecutándose finalmente la solución óptima y evitando posibles errores de diseño”. También responden afirmativamente desde Emerson: “Sin duda, es una tendencia bastante habitual hoy en día. En función de las necesidades del cliente, nuestra propuesta pasa por modelos con un nivel de fidelidad del gemelo digital, adaptable. Entrenamiento de operadores, soporte a pruebas de software para evaluar prácticamente de manera completa todos los escenarios de producción, a modelos de alta fidelidad que permitan evaluar dónde mejorar el proceso productivo, captando directamente las variables de campo. Diríamos incluso que esta tendencia se da en clientes con una larga trayectoria en sistemas de control para industria de procesos”. Y en Rockwell sucede una situación parecida: “Sí, estamos recibiendo cada vez más demandas de ‘gemelo digital’ para las aplicaciones de Sistemas de Control Distribuido. Los avances tecnológicos que permiten la virtualización y simulación de los Sistemas de Control hacen más accesible este tipo de soluciones para Formación de Operadores, pruebas FAT o simulación de operaciones o modificaciones en los procesos”. En opinión de Luis Navarra, poder virtualizar los elementos del DCS para reducir la infraestructura de equipos y disponer de simuladores basados en software para los Controladores permite la simulación del Sistema de Control sin excesivos costes ni requerimientos de hardware, pero para poder disponer de un ‘gemelo digital’ completo es necesario poder simular también el proceso, definiendo un modelo digital del mismo tan ajustado a la realidad como se precise. Posiblemente para realizar unas pruebas FAT no es necesario una simulación del proceso muy precisa, pero si queremos disponer de una Estación de Entrenamiento donde formar a los operadores en las respuestas correctas ante situaciones anómalas, o realizar test o pruebas para modificar u optimizar los procesos, se necesitará que este modelo sea lo más exacto posible y permitir guardar configuraciones o snapshots para llevar al sistema a situaciones concretas del proceso previamente definidas o guardadas. “Durante la pandemia, el uso de ‘gemelos digitales’ nos ha permitido dar continuidad a proyectos y realizar desarrollos y Pruebas FAT de forma remota sin tener que parar los proyectos cuando no se permitían los desplazamientos o el acceso a los centros de trabajo y fábricas estaba restringido”, continúa Navarra, “utilizar un gemelo digital totalmente basado en software, ha facilitado el trabajo en remoto incluyendo la realización de pruebas FAT en que todos los asistentes estaban trabajando desde casa, sin tener que reducir los estándares de estas pruebas que podrían provocar retrasos o aumentar los riesgos durante la puesta en marcha y cumpliendo la planificación del proyecto sin la necesidad de desplazamientos o de disponer de los equipos físicos”.

LOS 'TRENDING TOPICS' EN LAS APLICACIONES DE DCS

Según considera Rafael López Lorente, Solutions Architect, Energy Industries Division, Process Automation en ABB, las tendencias que estamos viendo en  las aplicaciones de DCS son:

• Comunicaciones abiertas y conexión a la nube de forma segura bien directamente o a través de Edge computer.
• Peticiones desde la parte de O&M de aplicaciones digitales de gestión de activos (asset management), machine learning, digital twin, monitorización de condiciones y vibraciones (Condition Monitoring), y mantenimiento predictivo.
• Cyberseguridad, cumplimiento del estándar ISA/IEC62443 para sistemas de control y los requerimientos cada vez mayores de sistemas de protección (firewalls, diodos de comunicación) y vigilancia/rastreo de intrusión.
• Marshalling electrónico, sobre todo para instalaciones fast track.
• Suministro de servicios avanzados, de forma centralizada, remota, y automática, incluyendo sistemas expertos / machine learning y AI para el DCS (informes de estado y auditorías de salud de la instalación, aviso de posibles fallas, gestión de activos, soporte técnico, herramientas de vigilancia on-line, parches y actualizaciones, antivirus probados para DCS …).
• Sistemas de Control para plantas de Hidrógeno verde.
• Sistemas de Control para condensadores síncronos.

“Buscar aplicaciones que se adapten a las necesidades de los clientes, pero que a su vez sean modulares, es decir, que ofrezcan posibilidad de escalabilidad a lo largo del tiempo”, indica David Ascarza Jiménez, Sales Manager Systems and Software de Emerson, respecto a las últimas tendencias, “por ejemplo, puede ser importante al inicio de un proyecto, disponer de diseños estáticos o dinámicos, basados ya en una plataforma de gemelo digital. Una vez se vaya avanzando en el proyecto, habrá un momento en el cual se deba probar la configuración especificada e implementada, para evaluar las diferencias, sobre la misma plataforma de gemelo digital. También será necesario que esta plataforma capacite al equipo de producción de planta, con escenarios de producción diferentes, incluso con modelos 3D sin olvidar, reporting de capacitación llevada a cabo. Por último la evaluación de datos para mejor soporte a la toma de decisiones, incluso acompañado de modelos de AI, es un requerimiento de la plataforma del gemelo digital. Toda esta aplicación, soportada bajo el mismo suite en la nube, con pago por suscripción”.

Por último, Luis Navarra, Consultor de Soluciones de Proceso en Rockwell Automation, destaca cuatro puntos clave en el desarrollo de los Sistemas de Control Distribuido para responder a los nuevos retos y demandas del mercado:

• Utilización de tecnologías Abiertas
• Simplificar la configuración del sistema
• Facilitar la transformación Digital del DCS en la Industria 4.0
• Por último, y quizás uno de los puntos más sensibles y relevantes en los últimos años, sería la ciberseguridad en los sistemas de control.

págs. 40 a 44.