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Sistemas de Control Distribuido
Sección 37
Sistemas de control distribuido
Honeywell, Experion PKS
Integrantes:
- Paula Castillo
- Ignacio Jofré
Profesor:
-Patricio Abarca
Fecha entrega:
-28/08/2015
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Sistemas de Control Distribuido: Honeywell Experion PKS, Apuntes de Redes Inalámbricas
Este documento técnico presenta una descripción detallada del sistema de control distribuido experion pks de honeywell, incluyendo sus componentes, funcionalidades y aplicaciones. Se explora la arquitectura del sistema, los controladores, los módulos de e/s, la red de control, las estrategias de control y las aplicaciones de control ambiental. Además, se incluyen ejemplos de integración con otras plataformas de control y un caso de aplicación en la industria minera.
Tipo: Apuntes
2023/2024
1 / 57
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Sistemas de Control Distribuido Sección 37
Sistemas de control distribuido
Honeywell, Experion PKS
Integrantes:
- Paula Castillo
- Ignacio Jofré Profesor: -Patricio Abarca Fecha entrega:
- 28/08/
Índice
Índice. Pág. Introducción. Pág.
1. Descripción técnica del hardware del sistema. Pág. 1.1. Controladores de proceso. Pág. 1.2. Módulos de entrada/salida. Pág. 1.3. Nodos de operación. Pág. 1.4. Equipos de conectividad. Pág. 2. Estándares de comunicación utilizados por la plataforma. Pág. 2.1. Protocolos de comunicación de uso industrial entre Controladores. Pág. 2.2. Protocolos para el acceso a instrumentación para control de Procesos en campo. Pág. 2.3. Protocolo de comunicación entre nodos de administración Del sistema. Pág. 3. Aplicaciones de Software. Pág. 3.1. Descripción de las aplicaciones que utiliza el sistema para las Tareas de ingeniería. Pág. 3.2. Descripción de los Lenguajes de programación utilizados Por los controladores. Pág. 3.3. Descripción del estándar utilizado para el almacenamiento De información en la base de datos del sistema. Pág. 3.4. Repertorio de instrucciones de controladores de procesos. Pág. 43 4. Evolución de la plataforma de control o nuevas versiones Pág. 5. Casos de integración con otras plataformas de control Distribuidas de uso comercial. Pág. 6. Caso de aplicación en el sistema productivo nacional. Pág. Conclusión. Pág. Bibliografía. Pág.
1. Descripción técnica del hardware del sistema
1.1. Controladores de proceso Mediante la gestión de los complejos procesos que intervienen en la producción industrial, los controladores pueden aumentar la eficiencia de la producción y el rendimiento de los ahorros de costes significativos. Honeywell ofrece una amplia gama de controladores Experion® basado en 30 años de desarrollo y experiencia en tecnología. Estos incluyen plataformas integradas controlador, entornos de control basados en PC para tareas de control de supervisión y simulación para la salida del proceso y validación. Controlador C200/C200E: Los usuarios de estos controladores se benefician de un entorno de ejecución de control y programación robusto y superior con una alta fiabilidad. Introducido con Experion® PKS R400, el Controlador C200E ofrece las mismas capacidades que el C200, pero añade más funcionalidad y memoria. Por ejemplo, el C200E apoya plenamente el Administrador de lotes de Experion y al estándar de control de lotes ISA S88.01 de manera que los usuarios pueden ejecutar el control de lote completo en un entorno redundante con el controlador. El residente de ECA (Ejecución de Control Ambiental) en el procesador de control proporciona un ambiente de control eficiente y eficaz, así como el acceso a una amplia biblioteca de bloques de funciones relacionadas con el control. Los controladores se pueden implementar en una configuración simple o redundante. Los controladores C200 y C200E permiten a los ingenieros de proceso para hacer frente a varios problemas de control de procesos mediante el apoyo a aplicaciones de lotes con *ISA S88.01 y proporcionar control de procesos robustos a través de ECA. Cuando se utiliza con ganancia de lazo de Honeywell, que anticipa el comportamiento futuro del proceso, los controladores saben exactamente cuánto para mover el proceso a fin de cumplir con los objetivos de control deseados, ofreciendo así un mayor control del proceso. *Terminología y modelos que se aplican a todos los tipos de sistemas de control.
Controlador El controlador C300 de Honeywell ofrece un potente y robusto control de procesos para la plataforma Experion®. El C300 se une al C200, C200E y al nodo de control de Aplicación Ambiental en el funcionamiento de prueba de campo de Honeywell y el software de Ejecución de Control Ambiental determinístico. Ideal para la implementación en todas las industrias, el controlador C300 ofrece un control de procesos de lo mejor en su clase. Es compatible con una amplia variedad de situaciones de control de procesos, incluidos procesos continuos y por lotes y la integración con dispositivos de campo inteligentes. El control de proceso continuo se logra a través de una serie de funciones estándar que se construyen en las estrategias de control. El controlador C300 es compatible con el estándar de control de lotes ISA S88.01 e integra secuencias con dispositivos de campo, incluyendo válvulas, bombas, sensores y analizadores. Estos dispositivos de campo rastrean el estado de las secuencias para realizar acciones pre-configuradas. Esta estrecha integración conduce a las transiciones más rápidas entre las secuencias, lo que aumenta el rendimiento. El controlador también soporta el control avanzado de procesos con el algoritmo Profit® Loop patentado de Honeywell, así como bloques de algoritmos personalizados, que permiten a los usuarios crear códigos personalizados para ejecutarse en el controlador C300. El C300 permite a los ingenieros hacer frente a sus necesidades de control de procesos más exigentes de la integración con sistemas de lotes complicados para el control de dispositivos en una variedad de redes como FOUNDATION Fieldbus, Profibus o Modbus. También es compatible el control avanzado con Profit Loop, que pone el control predictivo basado en modelos directamente en el controlador para minimizar el desgaste de la válvula y el mantenimiento.
Controlador El controlador PMD está disponible en la configuración de montaje en estante; un único estante de 19 "puede albergar hasta cuatro controladores. Con su amplia gama de herramientas de control, el controlador PMD puede soportar controles convencionales y lógicos, así como los métodos de control avanzadas, tales como la lógica difusa, redes neuronales, optimización, control multivariable y el control estadístico de procesos. Junto con su alta capacidad, funciones e interfaces de bus de campo, el controlador PMD ofrece:
- Flexibilidad y comodidad con herramientas incorporadas.
- Herramientas integradas para la gestión de aplicaciones y definiciones de dispositivos de campo y del sistema.
- Mantenimiento de bus de campo centralizado y gestión de alarmas y diagnóstico.
- Posibilidad de ampliar y distribuir bus de campo Profibus. El Controlador PMD incluye dos interfaces de bus de campo que apoyan la norma EN50170 Profibus y la interfaz DP / VO, V1, V2, Clase 1 y 2 Master. Una interfaz serie de dos canales también está integrado en el controlador. Tiene una interfaz de carretera UPLINE de múltiples velocidades que permite que el bastidor a base de I / O para ser conectado al sistema. El controlador se conecta a la red del sistema de automatización a través de una interfaz Ethernet. Incluye un entorno de ejecución de aplicaciones de control para el control directo del proceso y todos los dispositivos del bus de campo residente más allá del bus de campo. Las funciones de control del controlador PMD e interfaces de bus de campo, y las funciones de los dispositivos de bus de campo conectados se definen dentro de las herramientas de definición estándar del sistema de automatización. En consecuencia, los datos se muestran en forma idéntica por la aplicación, independientemente del dispositivo y el bus de campo en uso. Con PMD integrado y métodos de control de planta de avanzada, el controlador PMD ayuda a los usuarios a mejorar la calidad de la producción y el rendimiento, y reducir los costes de mantenimiento y gestión del ciclo de vida.
1.2. Módulos de entrada/salida Honeywell proporciona capacidades de conexión de procesos sin igual, a través de una amplia selección de módulos y familias de Entradas y Salidas (I/O). Estas soluciones de conexión de proceso son flexibles, robustas, deterministas, y altamente disponibles, están diseñados para atender las necesidades de la aplicación de los procesos más exigentes de los usuarios. El módulo de I/O Universal más nuevo de Honeywell, basado en la tecnología de canal universal, reduce o elimina de clasificación. Más importante aún, permite la configuración inmediata sin necesidad de hardware adicional. Experion® ofrece cinco familias de I/O totalmente integradas en una amplia gama de factores de forma, estilos de montaje, y con un amplio conjunto de funciones, características, valoraciones ambientales, certificaciones, y los tipos de módulos:
- Serie-C
- Carril de I/O de la Serie-A (RIOM-A)
- Carril de I/O de la Serie-H (RIOM-H)
- Serie-A de chasis de I/O (CIOM-A)
- Administrador de procesos de I/O (PMIO) Todas las familias de los módulos de I/O pueden integrar plenamente con los procesadores de control Experion y el usuario HMI. Además, la integración con muchas de las principales redes de bus de campo abierto y protocolos de los dispositivos digitales inteligentes, como HART, FOUNDATION Fieldbus y PROFIBUS está habilitada. Los usuarios pueden aplicar opcionalmente las redes y I/O en una configuración redundante para beneficiarse de una alta disponibilidad y una topología de proporcionar ningún punto único de fallo para múltiples puntos de control.
Carril de I/O de la Serie-H (RIOM-H): La Familia de carril-H de módulos de I/O combina el pequeño tamaño y eficaz costo de su predecesor (Carril-A), con la capacidad para llevar a cabo en lugares peligrosos a ayudar a los usuarios para cumplir los requisitos de los procesos más exigentes. Es un compacto sistema modular de I/O, diseñado para llevar a cabo condiciones muy duras. Similar a al Carril-A, puede ser instalado en pequeños armarios, ahorrando así espacio. Los módulos del Carril-H se pueden montar directamente en lugares peligrosos como Div1/Zona1. Los módulos son un carril DIN montable y pueden estar ubicados tanto en el proceso y mando a distancia para el procesador de control, proporcionando a los usuarios una mayor flexibilidad. La familia de I/O del Carril-H trae un diseño significativo, la instalación y el ahorro de cableado para aplicaciones de seguridad intrínseca. Serie-A de chasis de I/O (CIOM-A): La familia CIOM-A proporciona una gran selección de módulos de I/O y puertas de enlace de la red sobre el terreno en un diseño basado en un chasis compacto. Proporciona una solución flexible y robusta donde módulo de redundancia no es un requisito esencial. La familia CIOM-A tiene las siguientes características:
- Amplia selección de tipos de módulos tradicionales de I/O
- Amplia cobertura de las redes de campo y protocolos de dispositivos
inteligentes (HART, FOUNDATION Fieldbus, Profibus, DeviceNet)
- Conjunto completo de tipos de chasis (4, 7, 10, 13, y 17 tipos de ranura del
módulo)
- Los módulos son alimentados a través de una fuente de alimentación
integrada (opcionalmente redundante) Los módulos CIOM-A se pueden colocar locales o remotos al procesador de control. El cableado de campo se puede aterrizar en un bloque de terminales extraíble que se monta en la parte frontal del módulo a través de fábrica de cableado conjuntos terminales remotos.
Administrador de procesos de I/O (PMIO): Todos los componentes del Administrador de procesos de I/O se pueden implementar de manera redundante, proporcionando una solución sin ningún punto único de fallo. El administrador de procesos de módulos de I/O puede ser colocado local o remoto al procesador de control. La integración del administrador de procesos de I/O, también hace que sea fácil y rentable para los usuarios migrar sistemas heredados existentes al paradigma Experion. Los módulos de I/O se pueden utilizar con el Administrador de procesos, el controlador C200 o C300 proporciona 'plug and play' de transición. El Administrador de procesos de I/O ofrece:
- Amplio chequeo de fallas y presentación de informes
- Redundancia robusto, automático y sin perturbaciones
- Sistema de energía totalmente integrado con alimentación de campo de 24 voltios fácil de alambre
- La transferencia de datos de I/O de alta seguridad y determinista
Además, posee la capacidad de comunicarse directamente con los controladores Experion PKS. Provee una alta disponibilidad para sistemas críticos y está diseñado para operadores que están constantemente monitoreando y controlando el proceso. Estación de operación y funciones de consola: Un interfaz de usuario eficiente y capaz es un componente clave de un sistema de control. Honeywell incorpora una innovadora interfaz de usuario y características funcionales en la estación Experion. Estas capacidades avanzadas maximizan la eficacia del operador. La tecnología abierta permite los datos empresariales y de aplicaciones para incorporarse fácilmente en el entorno del operador de proceso. La estación Experion está disponible en la seria de consolas ICON de Honeywell y en una forma de escritorio. Multi-pantalla (hasta 4 monitores), se admiten teclados de operador y pantallas táctiles Los diferentes tipos de estaciones están disponibles para satisfacer las necesidades del usuario. La Estación de Consola Experion está diseñada para operaciones de la sala de control en las plantas de proceso grandes incluyendo refinación, petroquímica y de procesamiento de minerales. La Estación Flex de Experion es una opción para las operaciones menos exigentes o distribuidas geográficamente como pulpa y papel, petróleo y gas, y la producción farmacéutica. Las Estaciones Flex también apoyan gran número de usuarios para el acceso informal como la ingeniería o mantenimiento. Diferentes tipos de estación Experion se pueden utilizar juntos en un sistema en cualquier combinación. Las estaciones de consola Experion pueden agruparse entre sí para formar un único espacio de trabajo de operador para el control de procesos y monitoreo, manejo de eventos, reconocimiento de alarma, silenciar la alarma y la manipulación de la pantalla. Las estaciones Flex comparten un grupo de conexiones para permitir un gran número de usuarios ocasionales el acceso al sistema.
Control de aplicación ambiental (Application Control Environment): El control de aplicación ambiental o nodo ACE por sus siglas en inglés, es un controlador ideal Experion® para soluciones de control de supervisión e integración con terceros integraciones de sistemas de control. Este sistema de control de aplicaciones garantiza una mayor productividad para los usuarios a través de una fácil personalización y replicación de estrategias de control para adaptarse a las necesidades de diferentes organizaciones. ACE ejecuta la Ejecución de Control Ambiental de Honeywell en una plataforma informática de nivel de servidor. Proporciona a los usuarios una plataforma de control donde las aplicaciones se diseñan y se ejecutan en un entorno determinista, consistente y confiable. Ideal para la implementación en todas las industrias, el nodo ACE proporciona una plataforma de control que puede ser utilizado para una amplia variedad de aplicaciones. Se puede integrar con varios sistemas, como los sistemas TDC3000® vía conectividad LCN o con muchos sistemas de terceros mediante la integración directa OPC Data Access en el entorno de control de aplicaciones. Además, los algoritmos personalizados pueden ser desarrollados y desplegados en las estrategias de control estándar. ACE es parte de la Experion PKS, una infraestructura abierta que utiliza tecnologías de última generación para integrar soluciones de Honeywell y de control de procesos de terceros en un sistema sin fisuras y de gran alcance. Al igual que con todos los controladores de Experion, el incorporado en la CEE (Control Execution Environment) proporciona a los usuarios acceso a un conjunto integral de control, la lógica, la adquisición de datos, y los bloques de funciones de cálculo. Además, los bloques algoritmo personalizado se pueden crear para ACE, ampliando enormemente las posibilidades de control. Ya que se ejecuta en un nodo de servidor, puede conectarse con otros sistemas, incluyendo TPS y controladores no Honeywell DCS, y utilizar información de MES o ERP, bases de datos, e incluso archivos de texto. La capacidad de reunir muchas piezas dispares de información en el sistema de control permite mucho mayor productividad.
la experiencia de Honeywell en el diseño de redes de control robustas con la tecnología comercial y abierta de Ethernet. La red FTE incluye dos redes que tienen diferente dirección IP, de esta manera una segunda red está disponible si la primera presenta una falla. La red FTE se estructura con dos switchs Ethernet conectados entre sí, son lo que se logra tener varias rutas de comunicación entre dispositivos, razón por la cual no solo soporta una falla sino también puede soportar fallas múltiples. Este esquema de red requiere de tarjetas de red con puerto dual en cada uno de los servidores, estaciones de operación y estaciones de ingeniería que se encuentran en el siguiente esquema, aquí veremos como cada nodo (servidor o estación) está conectado dos veces a la red FTE a través de las tarjetas de interfaz de red: En la siguiente imagen se muestra como la red FTE permite la comunicación aun cuando existen dos fallas de comunicación. El canal A del nodo 1 y el canal B del nodo 2 están en falla. Pero sigue habiendo comunicación a través del canal B del nodo 1 y del canal A de nodo 2 con la ayuda de los dos switchs que se comunican.
2. Estándares de comunicación utilizados por la
plataforma
Este sistema presenta interfaces con FOUNDATION Fieldbus, Profibus, DeviceNet, LON, ControlNET o Interbus. Lo que representa que el sistema Experion PKS proporciona una robustez, seguridad, control y fiabilidad. Presentando un alto rendimiento en toda la infraestructura de la planta al unificar la arquitectura de toda la planta Experion. 2.1. Protocolos de comunicación de uso industrial entre controladores Integración de PROFIBUS: PROFIBUS es un sistema digital abierto y ampliamente utilizado en redes de comunicación con una amplia gama de aplicaciones en la automatización de la fabricación y del proceso. Experion® PKS de Honeywell interactúa perfectamente con dispositivos PROFIBUS para permitir el uso fácil y eficaz de los datos del dispositivo de control, visualización, diagnóstico, parametrización y gestión de activos. Honeywell ofrece dos módulos de interfaz de hardware dedicados para la integración económica de las redes PROFIBUS DP:
- Chasis-A PROFIBUS Interface Module (PBIM): El módulo proporciona la interfaz entre una red PROFIBUS DP y el procesador de control Experion C200, C200E o C300.
- Series C PROFIBUS Gateway Module (PGM): La última oferta de Honeywell, que proporciona un módulo opcional redundante que permite al usuario maximizar todas las capacidades definidas por el protocolo como el número de dispositivos, tipos de dispositivo, velocidad de transmisión, y topologías. La integración PROFIBUS Experion se caracteriza por la alta velocidad y la disponibilidad, el rendimiento de datos eficiente, ingeniería rentable y fácil de la red y gestión de dispositivos.
2.2. Protocolos para el acceso a instrumentación para control de procesos en campo Integración DeviceNet: DeviceNet es una red sobre el terreno principal que conecta los dispositivos de entrada / salida industrial con los controladores. Honeywell garantiza una fácil integración de Experion® PKS con DeviceNet para ayudar a los usuarios a optimizar sus activos existentes. La interfaz de Experion a DeviceNet proporciona una ruta de comunicación desde una red DeviceNet a un Experion controlador C200 / C200E o C300 a través de un módulo de interfaz dedicada DeviceNet Bridge (DNB). El módulo 1756-DNB se puede montar tanto en el controlador y el rack de I/O, y proporciona la interfaz entre el sistema Experion y cualquier Open DeviceNet Vendor Association (ODVA) dispositivo certificado. Esto permite al usuario utilizar con facilidad y eficacia DeviceNet conectada la información del dispositivo en la pantalla Experion, y controlar y el esquema de la lógica. La interfaz Experion a DeviceNet utiliza bloques de función genéricos de controlador C200/C200E o C300 Experion contenidos dentro de una biblioteca de interfaz DeviceNet (DNETIF). Esta biblioteca se utiliza dentro de *Control Builder para construir estrategias de control. Estos boques genéricos proporcionan una interfaz sencilla a Open DeviceNet Vendor Association (ODVA), dispositivos certificados que respaldan los datos numéricos y discretos. El módulo DeviceNet es un módulo de ancho que se puede colocar en el C200/C200E de la serie A de chasis y/o en un chasis de I/O remoto que está conectado a través de ControlNet de I/O. En la topología C300, los módulos DeviceNet están colocados en un chasis de serie A y conectados al C300 a través del módulo FTE Bridge y el Control Firewall. La integración de Experion PKS con DeviceNet permite a los usuarios reducir los plazos del proyecto y los costos, proteger sus inversiones mediante la maximización de solución de vida útil, y optimizar los parámetros de funcionamiento a lo largo del ciclo de vida de la planta. *Control Builder es una herramienta de ingeniería propia del Sistema Experion PKS que permite definir las estrategias de control a implementar en caso de que se esté usando los controladores C200 de Honeywell.
Integración FOUNDATION Fieldbus: FOUNDATION Fieldbus es un protocolo digital abierto líder, que permite a los usuarios satisfacer con facilidad las I/O necesarias usando dispositivos de capo inteligente. Honeywell puede integrar fácilmente cualquier dispositivo de bus de campo con Experion PKS para mejorar las operaciones y reducir los costos de instalación, puesta en gastos de tiempo y de mantenimiento. El sistema Experion PKS proporciona una interfaz eficaz y robusta FOUNDATION Fieldbus a raves de dos familias de I/O. Ambos tipos de FIM (Fieldbus Interface Module) proporcionan un diseño de alta capacidad robusta y entrega la integración de todo sistema de acceso a los datos, el control, las conexiones, los diagnósticos y las alarmas con el sistema Experion PKS. FIM2 se proporciona en la Serie A del factor de forma y se integra de bus de campo con el controlador Experion C200, mientras FIM4 y FIM8 se proporcionan en el factor de forma de la Serie C y permiten la integración de bus de campo con el controlador C300. Los usuarios disfrutan de características y beneficios inigualables, incluyendo:
- Diseño robusto con opción de redundancia de módulo
- Ingeniería intuitiva y la integración de dispositivos instantánea
- Integración eficiente con otras aplicaciones y sistemas de control
- Función de descarga de firmware Ahorro de tiempo
- Soporte grafico para LINK Active Schedule y Backup Link Schedule para
ayudar a ajustar los horarios. La integración de Experion FOUNDATION Fieldbus entrega un costo de instalación más bajo a través de la integración transparente de toda información y diagnóstico sobre los sensores y actuadores de plantas. El resultado en el sistema de puesta en marcha y arranque es más rápido que otras tecnologías y ofrecen un ahorro significativo de costes de cableado reducido, el sistema de huella y facilidad de configuración es más pequeño.