DCS, el corazón de la digitalización a nivel planta

Como corazón de la digitalización a nivel planta, los Sistemas de Control Distribuido (DCS) se diseñan para controlar y operar procesos continuos o por lotes. Agrupan en un único sistema interfaces hombre-máquina, controladores, historizadores, comunicaciones, una base de datos común, gestión de las alarmas y una suite de ingeniería. Siendo concebidas para permanecer operativas durante todo el ciclo de vida de la planta (20, 30, 40 años…), se ven sometidas también a la evolución obvia de toda tecnología digital. Preguntamos a los fabricantes de este tipo de sistemas.

PREGUNTAS

1. ¿Siguen siendo los actuales DCS sistemas complejos de programar y operar?

2. ¿Qué diferencias o ventajas siguen aportando sobre sistemas de control basados en PLC's + SCADA?

3. ¿Tiene sentido el uso de este tipo de arquitecturas en plantas medianas o pequeñas como por ejemplo podría ser una planta de energía o para el tratamiento de aguas puras?

4. ¿Es posible o será posible en un futuro sistemas de control distribuido autónomos cuya inteligencia se localice en alguna nube lejana comunicada con redes 5G?

5. ¿Cuáles son las novedades tecnológicas más relevantes que ofrecen los sistemas de su compañía?

Javier Prieto, director comercial de ABB Energy Industries España

1. La pregunta asume que los sistemas DCS son complejos y difíciles, y obviamente esto ha podido ser así, al igual que con cualquier otra tecnología, si aspectos como diseño, formación, capacitación, tecnología o industria para la que se aplica, entre otros, no se han abordado de manera apropiada. Sin embargo, los sistemas DCS o ICSS, si hablamos de sistemas integrados de proceso y seguridad, llevan años evolucionando hacia entornos amigables, con una capacidad de visualizar y operar una ingente cantidad de datos e información, con pantallas que muestran gráficos que permiten aglutinar informaciones muy diversas de multitud de dispositivos y subsistemas. Múltiples sectores de la industria, sobre todo las relacionadas con la Energía en sus hoy día múltiples facetas, demandan exclusivamente este tipo de soluciones porque se hace evidente que cuando se dan estas circunstancias, tales como procesos de cierta complejidad, con gran cantidad de datos, y en las que se necesita tomar acciones inmediatas y correctas, los DCS, y en especial gracias al concepto ‘objeto’ y ‘aspecto’ de la plataforma de ABB, facilitan y simplifican enormemente la labor de los operadores. Esta facilidad se extiende al personal de mantenimiento y de ingeniería de planta al disponer de una mayor información más eficiente sobre posibles incidencias y su contexto. De hecho, muchas soluciones PLC+Scada han tratado de emular características propias de los DCS habida cuenta de las ventajas que ello aporta.

2. Los sistemas de control basado en PLC’s + SCADA han ido adoptando con el tiempo funcionalidades o características de los DCS que pueden hacer pensar que todo converge hacia una única solución. Pero los DCS o ICSS siguen igualmente evolucionando y me atrevería a decir que la brecha se ha ido ampliando. Las habituales diferencias en cuanto a integración y multiplicidad de protocolos o bases de datos unificadas se ven ahora acrecentadas por las necesidades de optimización cada vez mayores tanto en la operación como en el mantenimiento. Hablando de ABB, nuestros DCS e ICSS se adaptan sin igual a industrias que necesitan competir en un entorno cambiante, con menos tiempo disponible para ejecutar los proyectos - los ‘fast-track’ - con ingeniería y desarrollo adaptativos que reducen los tiempos de ejecución, pero con los máximos niveles de fiabilidad, integración y modularidad que sólo un DCS puede ofrecer. Nuestros DCS proporcionan una integración segura de IT/OT, mejorando las tomas de decisiones mediante modelos que sirven de ayuda a los operadores. Nuestras soluciones están posibilitando contenerizar los controladores de proceso y las aplicaciones de software, como entidades funcionales independientes de servidores y plataformas que permiten arquitecturas en las que los equipos están en su totalidad en la planta, en la nube o en modo mixto, y que ayuda a que las actualizaciones puedan realizarse en cualquier momento, descargándose desde la nube, sin afectar a la operación y producción, y con mínima necesidad de expertos, Y si esta asistencia fuera necesaria, se puede realizar de forma remota. ¿Cómo se consigue esto?: gracias a entornos como ABB Ability, integración real del control del proceso y el control eléctrico, así como de equipos de terceros y uso de tecnologías en muchos casos emergentes como ethernet-apl o el 5G.

3. Ciertamente, se han venido asociando sectores industriales de procesos discretos como los que podemos encontrar en una fábrica manufacturera a los PLC’s + SCADA y los de proceso continuo como petroquímicas, ciclos combinados, refinerías u oil&gas, entre otros, a los Sistemas de Control Distribuido. Sin embargo, y aun entendiendo que como he dicho al principio, factores como las necesidades de control o el tipo de industria son un punto de partida para decidir por qué apostar, no es menos cierto que el aumento de las necesidades de manejar más datos, con información más eficiente, herramientas digitales de optimización, gestión de activos, interconexión con capas de MOM/MES, uso de gemelos digitales, y otros más, hacen que los DCS sean cada vez más una opción a considerar seriamente en esas plantas que requieren los mismos beneficios que ya disfrutan en las plantas que disponen de DCS.

4. Es un hecho ya hoy en día., Las nuevas plantas apuestan cada vez más por disponer de elementos ubicados en la nube. Por un lado, se asegura que una gran parte del hardware no se vea afectado por sus ciclos de vida y no obliguen a grandes inversiones para su renovación. Los conceptos ‘as a Service’, como SaaS (System as a Service) vienen a solventar una buena parte de estas problemáticas. La tecnología viene también a ayudar sin lugar a duda a poder aplicar este planteamiento. El citado 5G, pero también los avances en materia de Ciberseguridad, hacen que esto sea ya una realidad. Como ya he comentado, las soluciones de ABB ya permiten ese desacople e interdependencia entre hardware y software, a modo de contenedores que pueden ser ubicados en la nube. Nuestros desarrollos en ciberseguridad permiten que este tipo de arquitecturas sean seguras y aporten la necesaria paz de mente a nuestros clientes.

5. ABB es líder en Sistemas de Control Distribuido (DCS) y Sistemas Integrados de Control y Seguridad (ICSS) desde hace años, al igual que en PMS (Power Management System), y es por ello que apostamos de forma continuada por el desarrollo de sistemas cada vez más seguros, fiables y sostenibles, dotados de la máxima flexibilidad a la hora de acometer los proyectos. El 800xA de ABB da respuesta a todo esto y es lo que se conoce como un CPAS (Collaborative Process Automation System) siendo la plataforma de integración por excelencia, no sólo de múltiples familias de controladores de proceso y de SIS de nuestra marca, tanto actuales como de generaciones anteriores, sino de otros fabricantes a través de cualquiera de los protocolos del mercado. Esa integración también incluye el citado Power Management System, dentro de la misma plataforma 800xA y con controladores de ABB con tiempos de respuesta y actuación de milisegundos tal y como se requiere en estos sistemas de control eléctrico. La flexibilidad se favorece igualmente con tarjetas de I/O sobre Ethernet o soluciones como Select I/O, que posibilita armarios remotos con I/O flexibles y que pueden ingenierizarse en el último momento reduciendo notablemente los tiempos de proyecto. Además, Select I/O dispone de características diferenciadoras, como la redundancia de acondicionadores de señal por cada canal, tanto en Proceso como en Sistemas de Seguridad, que aumentan la fiabilidad y la disponibilidad reduciendo posibles paradas o pérdidas de información no deseadas. Todas estas soluciones tecnológicas, sustentadas como se ha mencionado en unos niveles y estándares de ciberseguridad de primer nivel, y tecnologías emergentes como 5G y ethernet-apl, entre otras, permiten la ejecución de los proyectos con la máxima celeridad y tranquilidad. Nuestro programa Adaptive Execution responde plenamente a esas premisas. Finalmente, y pensando en el operador y en el mantenimiento, disponemos de un amplio catálogo de herramientas, servicios y soluciones digitales, desde Alarm Management a MOM/MES, desde Gestión de Activos a modelos para mantenimiento predictivo como Genix, pasando por optimización y la gestión de la energía como Optimax, o desde APC (Advanced Process Control) a OTS para simulación y entrenamiento de operadores.

David Ascarza Jiménez, Sales Manager Sistemas y Soluciones en Emerson

1. Desde la primera versión lanzada al mercado en torno al año 1998, DeltaV siempre ha estado basada en el concepto de ‘DeltaV is easy’, es decir, el foco de Emerson siempre ha estado en proporcionar una plataforma de automatización robusta, fiable pero a su vez, fácil de configurar, incluso en cuanto a programación se refiere, evitando la complejidad. Soporta los estándares habituales, tales como ISA101/106 e IEC61131 / ISA88 para programación de cualquier aplicación, que engloba SFC (sequential flow charts), bloques de función estructurados y predefinidos, así como capacidad de texto estructurado. Respondiendo a la pregunta, nuestros sistemas de control soportan entornos de programación entendibles y sencillos y mantenibles fácilmente a lo largo del ciclo de vida del sistema.

2. Partamos de la base de que el origen de ambas plataformas fue distinto. Los PLCs nacieron para la sustitución de lógicas de relés y equipos para trabajar de forma aislada. Posteriormente, se incorporaron dispositivos de visualización de procesos. Por el otro lado, los DCS nacieron para la sustitución de los controladores PID locales de grandes paneles de control. El desarrollo ya fue basado en una integración completa de base de datos y visualización.

Posiblemente, podríamos nombrar muchas diferencias, pero focalizándonos en las principales, un DCS está concebido para soportar arquitecturas distribuidas, que permitan integrar diferentes áreas de proceso en un solo sistema y base de datos única, mientras que las soluciones PLC + SCADA, están concebidas en arquitecturas centralizadas, con múltiples bases de datos.

Debido al alto nivel de disponibilidad que se requiere en un DCS, nuestra redundancia es sencilla de configurar y sobre todo mantener, ya que nuestros sistemas parten de origen de esa base. Cualquier DCS debe ser además fácilmente escalable a lo largo de todo el ciclo de vida de planta y sobre todo soportable de una manera sencilla, minimizando costes relacionados con estos dos aspectos.

Yendo más a la parte de software o aplicación, nuestros sistemas proveen típicos de programación estandarizados, que permiten a cualquier programador de Emerson entender cualquier aplicación, independientemente de dónde haya sido configurada, haciendo que sus modificaciones y mantenimiento sean mucho más manejables a lo largo del tiempo. Importante reseñar que habitualmente los DCS están sometidos a cambios frecuentes de la aplicación, requeridas por los clientes. Por último, sí que es verdad que a día de hoy, las capacidades de las soluciones PLC + SCADA vs DCS son cada vez menores, pero siguen existiendo diferencias.

3. Técnicamente 100% viable, ya que al menos DeltaV nos permite disponer de sistemas a partir de 25 tags, con aplicaciones muy parecidas a soluciones PLC + SCADA, es decir y en nuestro caso, un solo controlador y una estación o panel de operación. Incluso en cuanto a términos económicos, también puede llegar a ser muy interesante, manteniendo máximo grado de disponibilidad e integración. Para plantas de energía como, por ejemplo, una planta de producción de biogás, también disponemos de soluciones paquetizadas con medida fiscal de caudal e, incluso, con facilidad de integración en plataformas 'cloud'.

4. La realidad es que basándonos en que un DCS debe disponer de un nivel de disponibilidad muy alto, todavía lo vemos lejano. Sí que podríamos hablar de control en ‘Edge’ con toda la parte de operación de planta deslocalizada, on / off premises e incluso de controladores completamente deslocalizados dentro de esta frontera ‘Edge’. Quizás podamos ver más este futuro en granjas de servidores con controladores virtualizados, pero todavía es pronto, volviendo a insistir en lo mismo, por una cuestión de disponibilidad requerida.

5. Recientemente, hemos lanzado al mercado la versión 15 de DeltaV con varias novedades significativas. En primer lugar, nuestra actualización ya desde la versión 14 de DeltaV del entorno gráfico, completamente renovado y con una solución sin precedentes, muy enfocado a dar respuesta a las necesidades de operación de nuestros clientes, basado en HTML5.

La plataforma de virtualización DeltaV Virtual Studio renovada con nueva propuesta tecnológica, también aumento de capacidades para soportar multitud de entradas – salidas, mediante nuestros soluciones IO.Connect y mayor capacidad de integración con otros sistemas.

El entorno Edge para hacer de nuevo ‘easy’ el acceso a cualquier dato de DeltaV, cumpliendo con los estándares de ciberseguridad en base a certificado ISASecure SSA Level 1. 

Integración de MTP estándar (module type package), de cara a facilitar la integración de soluciones de menor escala, reduciendo considerablemente costes asociados.

Nombrar también el incremento de nuestro portfolio de servicios, dando soporte a las demandas de nuestras industrias de referencia en temas de aumento de capacidad de producción, sostenibilidad e innovación. 

Jesús Camúñez, director técnico Arquitectos de Soluciones en Schneider Electric Iberian Zone

1. En absoluto debería ser así, sino todo lo contrario. Un DCS actual e innovador, como es el caso de EcoStruxure Process Expert de Schneider Electric, puede y debe proporcionar un entorno de ingeniería inteligente y un entorno de operación flexible que proporcionen la máxima eficiencia en tiempo de desarrollo, pruebas, comisionado, puesta en marcha, operación y mantenimiento. Frente a los sistemas DCS tradicionales, nuestro sistema de control de procesos proporciona los servicios que se esperan de un DCS (base de datos única; único punto de entrada; asignación de lógica a controladores distribuidos; etc.), pero con la flexibilidad de los sistemas PAC+SCADA (orientación a objetos; escalabilidad; flexibilidad para soportar múltiples arquitecturas e integración con equipos de terceros; estandarización de plantillas versionadas y trazables; generación automática de código y objetos de supervisión; abstracción e independencia del hardware empleado; modelo de negocio vía canal; etc.) y, por supuesto, satisfaciendo los requisitos de conectividad de la Industria 4.0.

2. En Schneider Electric, preferimos posicionar nuestra oferta como PAC (Programmable Automation Controllers) más que como PLC, pues creemos que es un término que se ajusta más a las capacidades de nuestros controladores. Ha habido una gran evolución desde los equipos que habían sido pensados para automatizar islas del proceso, operando de forma independiente al resto de controladores y centrándose, casi en exclusiva, en el control lógico y discreto. Nuestros controladores Modicon ePAC (ethernet PAC) han sido especialmente diseñados para cubrir las necesidades de los procesos híbridos (una combinación en mayor o menor medida de procesos por lotes, continuos y discretos), satisfaciendo los requerimientos de una amplia gama de segmentos de mercado: conectividad IIoT, regulación, control secuencial, alta disponibilidad, seguridad, ciberseguridad, virtualización, etc.

Modicon ePAC es la base del subsistema de control, tanto de los sistemas de control basados en PAC+SCADA como de nuestro DCS de última generación. Igualmente, nuestra oferta AVEVA System Platform da respuesta a las necesidades de supervisión en ambas aproximaciones.

Entonces, podríamos preguntarnos: ¿Cuál es la diferencia entre ambas aproximaciones? La diferencia principal radica en la forma en la que interoperan los subsistemas de control y supervisión y cómo se interrelacionan con las otras capas del sistema (dispositivos inteligentes, MES, inteligencia operacional, analítica avanzada, …). Cuando nos referimos a un DCS de nueva generación, estamos hablando de alcanzar el máximo nivel de interoperabilidad, de federar ambos subsistemas y que se comporten como un todo, como un sistema. Un sistema que proporciona un entorno de ingeniería inteligente, que permite desplegar el tipo de funciones que mencionaba en la pregunta anterior, que brinda una experiencia de usuario de alto nivel en tiempo de operación (intuitiva, no estresante y contextual) y que permite maximizar la eficiencia y la seguridad del proceso.

3. Sí, por supuesto. Algunos de los beneficios principales que mencionaba al referirme a los nuevos DCS como EcoStruxure Process Expert son precisamente su escalabilidad y flexibilidad. Son estas características las que los hacen ideales para cubrir las necesidades de la automatización de procesos simples y pequeños, hasta plantas de tamaño medio y grande. El hecho de poder desplegar el mismo nivel de servicios, independientemente del modelo de PAC y de la talla del subsistema de supervisión que se estén utilizando, permite contener el precio sin tener que renunciar a los estándares ni a la funcionalidad esperada.

4. Claramente, ésta es una de las grandes tendencias del mercado. Estamos ante un proceso de virtualización y contenerización de los controladores tradicionales, basados en dispositivos especializados, y moviéndonos a un nuevo entorno basado en computadores de propósito general y sistemas centrados en el software. Lo importante es seguir disponiendo en el Edge de los mecanismos necesarios para garantizar la seguridad y la disponibilidad mínima requerida por cada proceso.

Si bien este tipo de soluciones ya pueden desplegarse y ser adecuadas para determinados procesos no críticos, todavía quedan muchos retos por superar (disponibilidad, rendimiento, latencia, ciberataques, etc.). De hecho, estamos ante un escenario en que se están produciendo ambos flujos simultáneamente: la analítica avanzada, que habitualmente solo se desplegaba en la nube, también se está desplegando en el Edge, para poder cerrar el lazo de control con los resultados; mientras, la tendencia a la virtualización y contenerización están provocando un desplazamiento a la nube, habilitando una gestión más centralizada y dotando a los sistemas de control de una mayor elasticidad.

5. Como comentaba, en Schneider Electric disponemos de sistemas de control de proceso de última generación, basados en objetos y que combinan lo mejor del mundo del DCS tradicional y del PAC+SCADA, la potencia y nivel de servicios de los primeros, y la apertura, escalabilidad y flexibilidad de los segundos, brindando una ingeniería inteligente (continuidad digital y automatización de la ingeniería de automatización) y una operación más eficiente y segura.

Asimismo, seguimos innovando y trabajando en la siguiente generación de nuestro sistema de control distribuido, centrado en el software y multiplataforma, que puede ser virtualizado y contenerizado. Este sistema de nueva generación está siendo diseñado para cubrir todos los requerimientos de la Industria 4.0, soportando de forma nativa los protocolos IIoT (OPC UA, MQTT), la ejecución descentralizada de la lógica de automatización en todos dispositivos que constituyen el sistema (computadores de propósito general, controladores, entradas/salidas y dispositivos conectados), simplificando las arquitecturas y dotándolas de una mayor elasticidad.

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Este artículo aparece publicado en el nº 545 de Automática e Instrumentación págs. 50 4 55.