revista fluor - art comm industriales

Engineering Magazine | Mining & Metals | Santiago - Chile
Esta edición incluye:
• Placas de retención en pernos de anclaje: ¿Es su utilización realmente efectiva? - Pag 3
• Impermeabilización: Una mirada a las alternativas - Pag 8
• Diseño de sistemas de cañerías ﬂexibles de descarga de bombas verticales de alta presión - Pag 14
• Nuevas consideraciones para el uso de correa ST10000 - Pag 20
• ISO 50001: Un “driver” para el desarrollo de proyectos con acento en la eﬁciencia energética
dentro de la industria minera - Pag 28
• Redes de comunicación en el ámbito de la industria de proyectos mineros - Pag 40
• Factores de diseño en concentradoras de cobre - Pag 53
Engineering Magazine Edition No 1 March 26, 2014
M&M Fluor Chile 1

Editorial
Este es el primer número de nuestra Revista de Ingeniería,
de Fluor Chile, y esperamos que sea el inicio de una
navegación conjunta entre lectores y columnistas.
Queremos compartir con nuestra comunidad minera el
conocimiento que nuestros profesionales han logrado a
través del desarrollo de numerosos proyectos realizados
por Fluor a lo largo de sus muchos años de permanencia en
la región.
Deseamos que el camino que estamos emprendiendo, sea
un desafío para todos nosotros, que nos motive a conectar
nuestros intereses y nuestras experiencias con una
comunidad que está expectante por aprender y
desarrollarse. Los cambios y la innovación constante
provocan que el conocimiento, las prácticas y
procedimientos tengan una obsolescencia constante.
Nuestra tarea es poner estas páginas a disposición de
ustedes para estimularlos a promover el conocimiento, las
buenas prácticas, la información tecnológica de vanguardia,
la formación de capital humano y tantos otros temas que
intenten alinear, finalmente; lo que todos anhelamos;
convertirnos en un modelo a seguir y compartir.
Mis especiales agradecimientos al equipo funcional de
Ingeniería de Fluor Chile por apoyar e impulsar esta
iniciativa; a Ricardo Thumala líder de CSA y champion de
esta edición, a Jaime Alejandro Alvarez, de mecánica y
material handling, a Kamlesh Gupta de piping, a Wilfredo
Escobedo de Electricidad e Instrumentación y a Dick
Celmer , de procesos.
Bienvenidos todos a nuestra Revista de Ingeniería !!
Editorial
This is the first edition of our Fluor Chile Engineering
Magazine. We hope that this is just the beginning of a joint
journey between readers and columnists.
We would like to share with our mining community the
knowledge obtained by our professionals during the
development of various projects executed by Fluor
throughout the many years the company has been present
within the region.
We hope that what we are starting today becomes a
challenge for all of us, which motivates us to connect our
interests and experiences with a community eager to learn
and grow. Constant innovation and changes cause
obsolescence of knowledge, practices and procedures.
Our intention is to make these pages a resource that you
can use at your disposal, in order to stimulate and promote
knowledge, good practices, advanced technological
information, human capital formation among many other
topics, with the aim to align what we all finally aspire: to
become a model to follow and share.
I want to specially thank the functional engineering team of
Fluor Chile for supporting and encouraging this initiative:
Ricardo Thumala, CSA Lead and Champion of this edition;
Jaime Alejandro Alvarez, Mechanical & Material Handling
Lead; Kamlesh Gupta, Piping Lead; Wilfredo Escobedo,
Electrical and Instrumentation Lead and Dick Celmer,
Process Lead.
Welcome to our Engineering Magazine!!
Carlos Astorga
Engineering Manager
Fluor Chile
M&M Fluor Chile 2

Redes de Comunicación en el Ambito
de la Industria de Proyectos
Mineros. Héctor Garcés / Alberto Solís /
Carlos Aracena
Resumen
La disciplina de Sistemas de Control, Telecomunicaciones e
Instrumentación (CS&T&I) es normalmente la responsable
de realizar la conectividad de equipos y sistemas tanto
eléctricos como electrónicos pertenecientes al proyecto en
diseño con el fin de administrar, supervisar, tomar acciones
y operación de forma centralizada. Estas necesidades o
nodos pueden ser entes individuales necesarios para un
proyecto o parte de algún sistema o paquete mecánico
mayor.
La necesidad de integración dependerá del alcance
solicitado que abarcará todos o algunos de los sistemas
tales como Sistema de Control Distribuido (DCS), Circuitos
Cerrados de Televisión IP (CCTV/IP), Supervisión de
Controladores Lógicos Programables (PLC’s) de paquetes
de proveedores, buses de campo, I/O análogas y discretas,
monitoreo de unidades de energía ininterrumpible (UPS’s),
analizadores especiales, megafonía/IP, Scada eléctrico,
sistema detección de incendio y sistema de mantención
predictiva.
Introducción
Desde un punto de vista físico o mecánico la PCNet se
entenderá como el conjunto de gabinetes en interior de
cada sala eléctrica y/o sala de comunicaciones (en sala de
control), y los tendidos de cables de fibra óptica para las
interconexión del sistema incluyendo la distribución de
filamentos (asignación) para cada sub red pertenecientes a
la PCNet.
Desde un punto de vista lógico o electrónico se entenderá
como la arquitectura de red en capas ópticas y activas
(Ethernet) que constituirán rutas exclusivas y dedicadas
para cada tipo de necesidad. Es similar a diseñar una
carretera para conectar ciudades en las cuales deben
circular camiones mineros, buses, camiones de carga, autos,
motos y bicicletas las cuales van por pistas dedicadas y
cada pista con sus propias necesidades y restricciones,
algunos tipos de vehículos pueden compartir pistas, otros
tipos definitivamente tendrán sus pistas dedicadas para
asegurarles una calidad de servicio acorde a su naturaleza.
Hasta mediados de los años 70s la única necesidad de red
de comunicación industrial fueron los DCSs, los cuales
tenían sus redes sincrónicas propietarias con cables,
conectores y terminadores propietarios o específicos dado
que cada fabricante sólo garantizaba el funcionamiento de
su sistema de control operando en su propia red.
Entre las décadas 80 y 90 aparecieron los sensores basados
en microprocesadores (instrumentación digital) y con estos
se desarrollaron los buses de campo o “Field Buses” tales
como; ModBus (1980), Hart (1985), Foundation Fieldbus
Communication Networks in the
Mining Project Industry. Héctor
Garcés / Alberto Solís / Carlos Aracena
Resumen
The Control Systems, Telecommunications and
Instrumentation (CS&T&I) discipline is responsible for the
connectivity of electrical and electronic equipment and
systems to facilitate the management, supervision, and
operation of the project in a centralized manner.
The need for integration will depend on the scope
requested for systems such as the Distributed Control
System (DCS), Closed Circuit IP Television (CCTV/IP),
Supervision of Programmable Logic Controllers (PLCs) of
vendor packages, field buses, analog and discrete I/O,
monitoring of uninterruptible power units (UPS´s), special
analyzers, paging system/IP, electrical Scada, fire detection
system, and predictive maintenance system.
Introduction
From a physical or mechanical point of view, PCNet will be
understood as the set of cabinets inside each electrical
room and/or communications room (in the control room),
and the fiber optic cable for the system interconnection,
including filament distribution (assignment) for each subnet
of the PCNet.
From a logical and electronic point of view, it will be
understood as the network architecture in optical and active
layers (Ethernet) that will constitute exclusive and dedicated
routes for each type of need. It is similar to designing a
highway for connecting cities where mining trucks, buses,
hauling trucks, cars, motorcycles, and bikes have to travel in
dedicated lanes and each lane has its own needs and
restrictions. Some types of vehicles may share lanes; other
types definitely will have their own dedicated lanes to
ensure a quality of service consistent with its nature.
Until the mid-70’s, the only needs for industrial
communication networks were for the DCS´s, which had
their own proprietary or specific synchronous networks with
cables, connectors, and terminals, since each manufacturer
guarantees only the operation of its control system
operating in its own network.
Sensors appeared between the 80’s and 90’s based on
micro-processors (digital instrumentation) and field buses
were developed, such as: Mod Bus (1980), Hart (1985),
Foundation Fieldbus (1993), ASi (1993), Device Net (1994),
Profibus DP and PA (1996), and several others with a minor
market penetration.
On the other hand, in 1985 due to the growth of the
information technology world, the LAN IEEE 802.3 networks
with their standard 10Mbps were developed. Soon (1993)
the “Ethernet switches” appeared in the market, capable of
controlling “Full duplex” type communication at 100Mbps.
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(1993), ASi (1993) Device Net (1994), Profibus DP y PA
(1996), y varios otros de menor penetración de mercado.
Por otra parte, en el año 1985 debido al crecimiento del
mundo informático se desarrollan las redes LAN IEEE 802.3
con su estándar de 10Mbps y rápidamente (1993) aparecen
en el mercado los “switches Ethernet” capaces de controlar
comunicaciones tipo “Full duplex” a 100Mbps. En 1999 se
publica una especificación abierta de MobBus/TCP y luego
en el año 2000 se presentan al mercado otras redes tales
como DeviceNet (ODVA), la cual se apoyaba no sólo en
Ethernet, sino que en TCP/IP ó UDP/IP para las capas de red
y transporte.
Ethernet fue originalmente desarrollada por Xerox en el
año 1980 pero luego fue adoptado por la IEEE como un
estándar. Desde entonces se ha constituido en el estándar
dominante en el mundo de las comunicaciones en redes de
área local (LAN).
Sin existir una declaración escrita, en los años 2000s
muchos fabricantes de sistemas de control migran sus
comunicaciones de alto nivel hacia una infraestructura
Ethernet como una plataforma moderna y confiable para
sus necesidades. Excepción a lo anterior son los Sistemas
de Detección de Incendio en los cuales sus redes son de
menor complejidad operacional (1, 2 o hasta 3 capas) en las
que los protocolos son muy disímiles entre los distintos
fabricantes, por lo que hasta la fecha de hoy aún siguen
siendo protocolos sincrónicos y dedicados.
Hoy en día el avance de la tecnología Ethernet tiene una
base sólida para diseñar proyectos industriales, los
fabricantes de sistemas de control han incorporado en la
capa de “Aplicación” sus propios protocolos antes usados
en redes sincrónicas y actualmente centran sus esfuerzos en
el desarrollo de software y nuevas herramientas para la
operación de sus productos en ámbitos de control, gestión
y liberando el diseño de la red que soporta la interconexión
de equipos a otros especialistas
La permanencia de Ethernet como solución en el tiempo
está garantizada por la liberación del desarrollo de la red a
fabricantes especialistas en redes y no en sistemas de
control.
Organización Y Responsabilidades
El diseño de la PCNet tiene etapas y responsables
constituyendo una importante instalación o activo de la
planta y del proyecto. El cliente juega un importante rol en
la etapa conceptual del diseño. Durante las etapas iniciales,
lo importante de considerar en el diseño de una red es
definir lo que se necesita funcionalmente para el proyecto.
Esto significa identificar con exactitud los requerimientos
de cada una de las subredes que constituyen la PCNet,
basada en la historia y las políticas del cliente en materia de
redes.
La definición de las necesidades corresponde
principalmente a nuestros clientes, no obstante y dado el
liderazgo de Fluor en el mercado de proyectos de
inversión, regularmente asistirá con la experiencia de
An open specification of MobBus/TCP was published in
1999. Then in 2000 other networks, like DeviceNet (ODVA),
were released on the market, not only supported in
Ethernet, but also in TCP/IP or UDP/IP for the network and
transportation layers.
Ethernet was originally developed by Xerox in 1980 and it
was adopted as a standard by IEEE. Since then, it has
become the prevailing standard in the world of local area
network (LAN) communications.
Without there being a written statement, in the 2000’s many
control system manufacturers migrated their high-level
communications to an Ethernet infrastructure, as a modern
and reliable platform for their needs. Fire detection systems
are an exception. These networks are less complex in terms
of operation (1, 2 or up to 3 layers), for which protocols are
very different among manufacturers; for that reason today
they are still synchronous and dedicated protocols.
At present, the progress of Ethernet technology forms a
strong basis for the design of industrial projects. Control
systems manufacturers have included their own protocols in
the “Application” layer, previously used in synchronous
networks, and are currently focusing their efforts on
developing software and new tools for operating their
control and management products, and releasing network
design that supports the interconnection of equipment to
other experts.
The permanence of Ethernet as a solution over time is
guaranteed by the release of the network development to
manufacturers specialized in networks and not in control
systems.
Organization and Responsibilities
The design of the PCNet has phases and persons in charge.
The client plays an important role in the conceptual stage of
the design. During the first stages, it is important that the
network design defines the functional requirements for the
project. This means identifying exactly the requirements of
each of the subnets that constitute the PCNet, based on the
client’s history and policies in relation to networks.
The definition of the needs is generated mainly by our
clients. Nevertheless, Fluor assists on a regular basis,
leveraging the experience of professionals that are experts
in communications. This participation ensures that the
facilities can operate continuously and safely with high-
availability communications services.
Fluor’s team of experts receives and agrees on the concepts
of the networks and subnets, then proceeds to study,
propose, and define the physical and logical topologies,
and reviews with manufacturers the technologies that will
be available during the investment horizon of the project.
They define criteria and specifications to be used in the
economic evaluation of the investment in these systems.
Fluor continuously seeks to improve the efficiency of the
connectivity between the different systems and units that
make up the operation of the client company, including
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profesionales especialistas en temas de comunicaciones
que permita a las instalaciones que configuran la operación
de explotación del proyecto operar en forma continua y
segura con servicios de comunicaciones de alta
disponibilidad.
El equipo de especialistas de Fluor recibirá y acordará la
conceptualización de las redes y sub redes, procederá a
estudiar, proponer y definir las topologías tanto físicas
como lógicas, y revisará tecnologías disponibles en el
horizonte de inversión que tenga el proyecto con
fabricantes del mercado, definiendo así criterios y
especificaciones que sean útiles en el plazo de
amortización que ha definido el cliente para su inversión.
Fluor busca continuamente mejorar la eficiencia de la
conectividad entre los diferentes sistemas y unidades que
conforman la operación de la compañía cliente, esto
incluye instalaciones de planta, oficinas locales, oficinas
globales, proveedores y toda compañía que soporten la
etapa de construcción y operación del proyecto.
Aprobados los criterios de diseño y especificaciones, Fluor
procederá a diseñar los diagramas en bloques, procederá
con procesos de evaluación técnico económica de distintas
ofertas que fabricantes o compañías integradoras puedan
ofrecer en equipos activos de la PCNet.
Definido el fabricante de equipos activos y cableado
estructurado, los especialistas de Fluor trabajarán en
paralelo las configuraciones de los equipos con los
diagramas detallados de todas y cada una de las
conexiones que permitirán la construcción del cableado de
la PCNet.
El diseño finaliza en la construcción del cableado de cobre
y fibra óptica de la red basado en estándares de la industria
cuyo nivel de detalle será realizado según dependa el tipo
de servicio solicitado por el cliente.
Definición de Topologías Mecánicas y Lógicas
La primera característica de los equipos activos de la PCNet
respecto de los equipos las redes corporativas dice relación
con especificaciones de hardware a utilizar. En Chile, dada
la lejanía de las instalaciones planta de operación minera
respecto de centros de soporte en ciudades, los equipos
de la PCNet deben ser especificados para condiciones de
operación “heavy duty”, aptos para temperaturas extremas,
vibración e impactos de transporte y manipulación,
requerimientos de voltaje especiales y tolerantes a fallas
con fuentes respaldadas en cada uno de ellos (doble
fuentes). Los equipos activos de comunicaciones de
servicios críticos de planta se especifican modulares con
capacidad de crecimiento para ajustarse a la variedad de
necesidades como a la disponibilidad de futuras
ampliaciones.
Respecto de la distribución del tráfico, el 80% del tráfico de
datos es local (entre controlados de salas eléctricas) y el
20% del tráfico se genera entre servidores y estaciones de
operación. En condiciones de inestabilidad de procesos
industriales, el tráfico de la red PCNet requiere
plant facilities, local offices, global offices, suppliers, and all
companies supporting the construction and operations
phases of the project.
Once the design criteria and specifications are approved,
Fluor proceeds to design the block diagrams and follows
with technical and economic evaluation processes for
different offers from manufacturers or integrators for active
PCNet equipment.
Once the manufacturer of the active equipment and
structured cabling is defined, Fluor experts work in parallel
on the equipment configurations and the detailed diagrams
of each and every one of the connections that will allow the
build of the PCNet cabling.
The design ends in the construction of the copper and fiber
optic cabling of the network based on industry standards,
with a level of detail according to the type of service
requested by the client.
Definition of Mechanical and Logical
Topologies
The first characteristic of the active equipment of the PCNet
compared to the corporate network equipment is related to
the specifications of the hardware to use. In Chile, given the
remoteness and distances of mining plant facilities, far from
support centers in cities, the PCNet equipment must be
specified for “heavy duty” operating conditions, fit for
extreme temperatures, vibration, and transportation and
handling impacts, special voltage requirements, and fault-
tolerant with backed-up sources (double source). The active
communications equipment of the plant critical services is
specified as modular equipment with growth capacity to
adjust to the varied needs, such as availability for future
expansions.
With respect to traffic distribution, 80% of the data traffic is
local (between electrical room controllers) and 20% of the
traffic is generated between servers and operating stations.
Under unstable industrial process conditions, the traffic of
the PCNet network must have characteristics to support
real-time control operation and fast data transmission, and
be highly reliable and available for critical events.
If at first the networks were simple “hubs”, today they have
given place to the massive use of “full-duplex” intelligent
switches working on layer 2 (data link) according to the OSI
model using MAC addresses, in some cases working on
layer 3 (IP), which is not very common in the current PCnet.
This has conferred upon the networks an important number
of advantages such as predictive operation, very low
latency, segmentation based on VLANs (IEEE 802.1q),
bandwidth aggregation using Etherchannel, power-over-
Ethernet (PoE) for supplying power to the devices,
standardization of active equipment fabrication, quality of
service (QoS) prioritizing critical traffic, communication
“broadcasts and multicast, network analysis, network safety
and diagnosis using SNMP protocol.
The selection of the switches is done based on the
equipment and/or systems to communicate (nodes), and
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características para soportar operación de control en
tiempo real, transmisión rápida de datos, de alta
confiabilidad y disponibilidad para eventos críticos.
Si en los inicios de las redes se utilizaron simples “hubs” o
concentradores, hoy en día han dado paso a la utilización
masiva de switches “full-duplex” inteligentes y
administrables trabajando en capa 2 (data link) según el
modelo OSI usando direcciones MAC, en algunos casos se
trabaja con capa 3 (IP), lo que es poco común en la PCnet
actual. Esto ha conferido a las redes un número importante
de ventajas tales como operación predictiva, muy baja
latencia, segmentación basada en VLANs (IEEE 802.1q),
agregación de ancho de banda con el uso de Etherchannel,
power over Ethernet (PoE) para la alimentación eléctrica de
dispositivos, estandarización en la fabricación de equipos
activos, calidad de servicio (QoS) priorizando tráfico crítico,
comunicación “broadcasts y multicast, análisis de redes,
seguridad de redes y diagnóstico usando protocolo SNMP.
La selección de “switches” se realiza en función de los
equipos y/o sistemas a comunicar (nodos) e incorporando
“inteligencia” a las redes para lograr el mejor uso de la
s e g u r i d a d , a n c h o d e b a n d a , d e t e r m i n i s m o ,
constructibilidad y facilidad en el uso de los equipos. La
inteligencia de la red incluirá políticas y definiciones de
VLAN, control y autentificación de acceso, cortafuegos,
encriptación de tráfico SSL y zona de información
compartida o desmilitarizada DMZ entre varias otras.
En la definición de la capa física, interviene un número de
técnicas para alcanzar los objetivos planteados, como son
el uso de UPS, interfaces y redundancias en los cables de
fibra óptica y sus rutas para mejorar la disponibilidad de la
red. La definición del medio físico y del conjunto de
herramientas inteligentes permitirán que la comunicación
entre un punto y otro se realice de una forma característica,
este definición se conoce como “topología de la red”. La
definición de la topología tendrá implicancia en la
complejidad de los alambrados y rendimiento así como
también en los costos de la red.
En la definición juega un rol preponderante la distribución
física de las áreas del proceso de la planta o ubicación de
las salas eléctricas. Muchas topologías que tienen sentido
en el mundo informático de las corporaciones, tiene muy
poco sentido en el mundo industrial ya que una falla
involucraría inevitablemente la falla completa de una área
de proceso.
La topología más recomendada y utilizada en diseños
recientes de Fluor es la topología “estrella”, no obstante y
dependiendo de las necesidades del proyecto puede ser
de tipo cascada o anillo, las cuales son habitualmente de
tipo propietaria. La Figura No 1 presenta un diseño de
topología típica utilizada en plantas mineras.
En la topología estrella los Switches son conectados en
orden jerárquico en una arquitectura de dos o tres capas
(Acceso, Distribución, Core). Para satisfacer el routing se
usan los Switches de Core capa 3 o Routers de alta
capacidad configurados en modo de tolerancia a falla
adding “intelligence” to the networks to make the best use
of the safety, bandwidth, determinism, constructability, and
ease of use of the equipment. The network intelligence
includes VLAN policies and definitions, access control and
authentication, firewalls, SSL traffic encryption, among
several others.
The definition of the physical layer involves a series of
techniques to reach the objectives, as in the case of using
UPS, interfaces and redundancies in fiber optic cables and
their layout to improve the network availability. The
definition of the physical media and the definition of the set
of intelligent tools allow point to point communication in a
characteristic manner which is known as “network
topology”. The definition of the topology will have
implications for the complexity and performance of the
cabling as well as the network costs.
The physical distribution of the process areas of the plant or
the location of the e-rooms has an essential role in the
definition. Many topologies that have a meaning in the
information world of corporations have very little sense in
the industrial world, as a disastrous failure would inevitably
involve the complete failure of a process area.
The most recommended and used topology in recent Fluor
designs is “star topology”. Nevertheless, depending on the
Project needs, the type may be cascade or ring, which are
normally proprietary. Figure No 1 shows a typical topology
design used in mining plants.
In star topology networks the switches are connected in
hierarchical order in a two- or three-layer architecture
(Access, Distribution, CORE). Three layer CORE Switches or
high-capacity routers configured in a fault tolerant mode
(failover) are used to satisfy the routing. The physical
configuration in star connection applies to all networks as
they are all Ethernet, except for the fire detection system
network, which is synchronous.
The PCNet structure will be hierarchically defined by the
following set of subnets that have their own individual
features, but integrate the PCNet parts as a whole, defining
the utilization of filaments in the FO cables, namely:
1) DCS Network (redundant, 4 filaments).
2) Plant Network (redundant, 4 filaments).
3) Electrical Scada Network (redundant, 4 filaments).
4) Industrial public address Network (2 filaments).
5) Fire Detection Network (4 filaments, physical ring).
The networks provide the services and some will become
virtual, forming part of the network previously mentioned:
6) I/O Network.
7) CCTV/IP Network.
8) PLC Supervision and Communication Network
Mechanical Package Suppliers.
9) UPS Monitoring Network.
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Figure No 1 - Start topology of communication networks
(failover). La configuración física de conexión estrella aplica
para todas las redes ya que todas ellas como lo hemos visto
hoy son Ethernet, con la excepción de la red del Sistema de
detección de incendio la cual es del tipo sincrónica.
La ventaja de centralizar los cables de fibra óptica en la una
sala tipo Centro de Datos, es que la topología estrella
permite incluso configurar anillos conectando los
filamentos de manera adecuada.
L a e s t r u c t u ra d e l a P C N e t q u e d a rá d e fi n i d a
jerárquicamente por el siguiente conjunto de subredes con
sus características individuales pero partes integrantes de la
PCNet como un todo, y que definirán la utilización de
filamentos en los cables de FO, estos es:
1) Red DCS (redundante, 4 filamentos).
2) Red Planta (redundante, 4 filamentos).
3) Red Scada Eléctrico (redundante, 4 filamentos).
4) Red Megafonía Industrial (2 filamentos).
5) Red de Detección de Incendio (4 filamentos, anillo físico).
Las Redes prestarán los servicios y algunas se constituirán
como redes virtuales formando parte de las redes
anteriormente señaladas:
10) Special Analyzer Network.
11) Predictive Maintenance System Network.
General Network Description
DCS Network
This is the communication network of the Distributed
Control System or simply the Control System of the Plant. It
corresponds to the most critical subnet of the PCNet, which
is physically and logically designed to be redundant. It uses
its own switches and router. The Control System software
modules are in charge of the administration. This is a
dedicated network that is not shared with any other
application, except the virtual input and output or I/O
network (VLAN). The communication with other systems
passes through firewall equipment.
Plant Network
This is the service for communications among non-critical
equipment and operating systems of the plant, where each
service is defined as a VLAN in this multi-service network.
One of the most important services is the communication of
PLC equipment with the Control System (DCS).
There may be many other VLANs for systems such as CCTV/
IP, UPS´s, special analyzers, temperature and vibration
monitoring systems for predictive maintenance, etc. In
general, equipment and systems may be connected to this
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6) Red I/O.
7) Red CCTV/IP.
8) Red Supervisión y Comunicación PLC’s Proveedores de
paquetes mecánicos.
9) Red Monitoreo UPS’s.
10) Red Analizadores Especiales.
11) Red Sistema de Mantención Predictiva.
Descripción General de Redes
Red DCS
Es la red de comunicación del Sistema de Control
Distribuido o simplemente Sistema de Control de la Planta.
Corresponde a la subred más crítica de la PCNet, la cual se
diseña redundante en forma física y lógica. Utiliza sus
propios switches y router. La administración es por parte de
los módulos de software del Sistema de Control. Esta es
una red dedicada y que no se comparte con ninguna otra
aplicación, con la excepción de la red virtual (VLAN) de
entradas y salidas o I/O. La comunicación con otros
sistemas o redes, se realiza mediante equipos cortafuegos.
Red Planta
Corresponde al servicio de comunicar diversos equipos y
sistemas de operación de la planta no críticos, cada servicio
quedará definido como una VLAN en esta red
multiservicios. Uno de los servicios más importantes es la
comunicación de equipos PLC’s con el Sistema de Control
(DCS).
Pueden existir muchas otras VLANs para sistemas tales
como CCTV/IP, UPS’s, Analizadores especiales, Sistema de
monitoreo de temperaturas y vibraciones para
mantenciones predictivas, etc. En general en esta red se
podrán conectar equipos y sistemas desde los cuales a
través de un servidor remoto, se pueden adquirir datos
importantes para la operación de la planta, usando un
modelo cliente/servidor.
Los servicios de la Red Planta residen en un servidor de
aplicaciones con conectividad OPC (OLE1
for Process
Control). De esta manera se traspasan datos y alarmas de
operación al DCS como información a otros sistemas como
Plant Información Manager (PIM), correos electrónicos o
información Enterprise Resource Planning (ERP) para
gerencia. Para ahorrar en equipamiento en la comunicación
entre dispositivos del sistema Scada Eléctrico de pequeño
tamaño y el sistema de gestión (ERP), se acostumbra definir
la red del Scada Eléctrico como una VLAN de la Red Planta.
Red Scada Eléctrico
Para plantas mineras con consumos de energía de tamaño
mediano a grandes, existen requerimientos de monitoreo
eléctrico desde el Sistema Eléctrico Central (SIC) o Sistema
Interconectado Norte Grande (SING), según sea el contrato
de energía suscrito por el proyecto. La red Scada Eléctrico
(1) OLE: Object Linking and Embedding
network, from which important data for operating the plant
may be obtained using a client/server model through a
remote server.
The Plant Network services reside in an applications server
with OPC (OLE1
for Process Control) connectivity. This is
used to transfer alarm data and operations alarms to the
DCS as well as information to other systems such as Plant
Information Manager (PIM), e-mail or Enterprise Resource
Planning (ERP) information for management. In order to
save on communications equipment between small-size
electric Scada system devices and the management system
(ERP), it is common to define the network of the Electric
Scada as a VLAN of the Plant Network.
Electric Scada Network
Mining plants with mid to large-size power consumptions
require electric monitoring from the Central Power System
(SIC) or the Interconnected North System (SING),
depending on the power contract signed by the project.
The Electric Scada network is a network physically
separated by active filaments and equipment independent
from other networks. The Scada administration application
resides in a server in the server room with OPC connectivity
to transfer or publish alarms and data to the Control System
(DCS) and also to receive data from the DCS.
OPC connectivity allows connection of the Scada systems
with the corporate world through firewall equipment. This
network needs to send data from the Real-time Information
System (RTIS) to the external network of the CDEC authority,
so it has to be complemented with redundant WAN links
contracted with a telecommunications service provider
(Telco). This external link has to be connected to firewall
equipment in failover, reinforcing the security by adding
intrusion detection equipment (IDS) that reports to a
centralized Security Operations Center (SOC) of the
network.
Industrial Public Address Network
In the 80’s, public address systems were known by the
trademark of a manufacturer called “Gaitronics”, a name that
is still used by some professionals today. At present, thanks
to Voice over IP technology (VoIP), the public address
network corresponds to a voice IP network (speakers) and IP
communication for emergency operations. In the original
system, the only station that could voice was the Control
Room. However today, since the network is supported by a
small IP telephony server with a large number of tools, any
node can voice and serve as an extension for calls from the
Corporate telephony network. In addition, with the proper
configuration, industrial communications can be performed
from the maintenance offices.
Fire Detection Network
As already mentioned, the Fire Detection Network is
normally the only synchronous non-Ethernet network in the
PCNet. This network has a ring structure with redundancy,
and since the physical topology of the physical media is
regularly in star, the right connections or FO filament
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constituye una red físicamente separada con filamentos y
equipos activos independiente de otras redes. La aplicación
de administración de los Scada reside en un servidor en la
sala de servidores con conectividad OPC para transferir o
publicar alarmas y datos al Sistema de Control (DCS) así
como también recibir datos desde el DCS.
La conectividad OPC permite conectar los sistemas Scada
con el mundo corporativo a través de equipos cortafuegos.
Esta red necesita enviar datos del Sistema de Información
en Tiempo Real (SITR) a la red externa de la autoridad
CDEC, por lo que se debe complementar con enlaces
externos (WAN) redundantes contratados a un proveedor
de servicios de telecomunicaciones (Telco). Este enlace
externo debe ser conectado a un equipo cortafuego en
failover y reforzando la seguridad incorporando equipos de
detección de intrusos (IDS) que reporten a un Centro de
Operaciones de Seguridad (SOC) centralizado de la red.
Red Megafonía Industrial
En los años 80’s los sistemas de megafonía se conocían por
el nombre registrado de un reconocido fabricante
“Gaitronics”, aún hoy algunos profesionales se refieren
genéricamente a la Megafonía con el nombre de este
fabricante. Actualmente y gracias a la tecnología de Voz
sobre IP (VoIP), la Red de Megafonía corresponde a una red
IP de vocería (parlantes) y de comunicación IP para
operación de emergencia. En la megafonía original, la
Figure No 2 - Distributed Control System Network (DCS)
crossing is done in the corresponding patches in order to
configure ring topology networks. This network ends in a
Central Panel located in the control room, which
communicates with a node of the Plant Network to transfer
data to the DCS or to the corporate network through the
OPC server.
I/O Network
This is a VLAN network of the DCS Network that obtains
data from sensors and transfers the data to actuators. This is
a modern application of the DCS, which not all
manufacturers have. Its main advantage is load equalization
on the controllers (when possible), as well as remote input
and output connections that logically belong to a specific
controller. The controller of an industrial water system with
geographically distributed facilities is a classical application.
Only some DCS manufacturers have input/output with
Ethernet connection, as this is a recent application
developed by the suppliers.
Process CCTV/IP Network
This is a VLAN of the Plant Network that obtains images
from the video cameras distributed inside the plant. The
cameras monitor Process areas.
There are separate cameras that form a “surveillance or
security” system that is implemented over the corporate
network. This system is monitored by guards or security
personnel of the plant.
M&M Fluor Chile 46

única estación que podía vocear era la Sala de Control,
actualmente en cambio y debido a que la red es atendida
por un pequeño servidor de telefonía IP con una gran
cantidad de herramientas, cualquier nodo puede vocear y
sirve como un anexo si es que se llama desde la Red
Corporativa de telefonía. Adicionalmente y con la
configuración apropiada la comunicación industrial se
puede realizar desde las oficinas de mantención.
Red de Detección de Incendio
Como ya se comentó, habitualmente la Red de Detección
de Incendios es la única red sincrónica no Ethernet en la
PCNet. Esta red tiene una estructura de anillo con
redundancia y dado que la topología física de medio físico
es regularmente en estrella, en la sala de Control/
Servidores se realizan las conexiones adecuadas o cruces
de filamentos de FO en los patch respectivos de modo de
configurar redes de topología anillo. Esta red termina en un
Panel Central ubicado en la sala de control, el cual se
comunica como un nodo de la Red Planta para que a través
del servidor OPC se traspasen datos al DCS o a la red
corporativa.
Red I/O
Corresponde a una red VLAN perteneciente a la Red DCS
para la adquisición de datos de sensores y el traspaso de
The name CCTV comes from “closed circuit television”,
where any camera can be viewed from any computer
monitor connected to the network. An image server with an
adequate disc size may be added to this network for image
storage.
This network may be exceptionally connected to the
corporate network by means of a firewall, to use process
cameras as surveillance cameras in specific areas, such as
warehouses, e-rooms, and dangerous areas susceptible to
theft and sabotage.
Manufacturer Supervision and Communication PLC
Network
This is a VLAN network of the Plant Network with two
objectives: data acquisition and control over the PLC’s from
the DCS; and remote programming and configuration from
the control room. The PLC’s are introduced into the project
by the mechanical system suppliers and are located mainly
in the e-rooms or at site. This type of network is
administratively very advantageous compared with classical
serial networks like Profibus DP or others that, while
allowing DCS connections, do not allow remote connection
and programming.
UPS Monitoring Network
This is a VLAN network of the Plant Network with two
Figure No 3 - Process CCTV / IP Network
M&M Fluor Chile 47

datos a actuadores. Se trata de una aplicación moderna de
los DCS donde no todos los fabricantes cuentan con esta
característica. Su ventaja principal es la ecualización de
carga sobre controladores (cuando se pueda), además de
conectar entradas y salidas remotas que lógicamente
pertenezcan a un controlador específico. Una aplicación
clásica es el controlador de los sistemas de agua industrial
con una gran distribución geográfica de instalaciones. Sólo
algunos fabricantes de DCS poseen entradas y salidas con
conexión Ethernet pues se trata de una reciente aplicación
que han desarrollado los proveedores.
Red CCTV/IP de Procesos
Corresponde a una VLAN perteneciente a la Red Planta
para la adquisición de imágenes desde las cámaras de
video distribuidas en terreno dentro de la planta. Las
cámaras monitorean áreas de Procesos.
En forma separada se tienen cámaras que forman un
sistema de “vigilancia o seguridad”, el que se implementa
sobre la red corporativa. Este sistema es monitoreado por
vigilantes o personal de seguridad de la planta.
El nombre de CCTV deriva de “circuito cerrado de
televisión”, en donde cualquier cámara se puede visualizar
desde cualquier monitor computador conectado a la red. A
esta red se le puede agregar un servidor de imágenes con
un tamaño de disco adecuado para el almacenamiento de
imágenes.
Excepcionalmente esta red puede ser conectada con la red
corporativa vía un equipo cortafuego, para incorporar
cámaras de procesos como cámaras de vigilancia en zonas
particulares tales como bodegas, salas eléctricas y áreas
peligrosas susceptibles de sufrir robos o sabotaje.
Red Supervisión y comunicación PLC’s Fabricante
Corresponde a una red VLAN perteneciente a la Red Planta
cuyos dos objetivos son: adquisición de datos y control
sobre los PLC’s desde el DCS y la programación y
configuración en forma remota desde la sala de control. Los
PLC’s son introducidos en el proyecto por los proveedores
de sistemas mecánicos y se ubican principalmente en las
salas eléctricas o en terreno. Este tipo de redes es muy
ventajosa administrativamente en comparación con redes
clásicas seriales como Profibus DP u otras que si bien
permiten una conexión con el DCS, no permiten una
conexión y programación remota.
Red Monitoreo UPS’s
cuyos dos objetivos son: adquisición de alarmas para el
DCS (operadores) y la administración y monitoreo remoto
desde la red corporativa (mantenedores) de los equipos
UPS.
La red termina en un servidor SNMP en la sala de servidores
con conectividad OPC para traspasar alarmas al DCS y
monitoreo al Scada Eléctrico. La conectividad con la red
corporativa a través de equipos cortafuego permite que
desde la oficina de mantención un operario con la
objectives: obtain alarms for the DCS (Operators); and
remote administration and monitoring from the corporate
network (maintainers) of the UPS equipment.
The network ends in an SNMP server in the server room
with OPC connectivity to transfer alarms to the DCS and
monitor the Electrical Scada. Connectivity with the
corporate network through firewall equipment allows
remote entry into the UPS monitoring pages from the
maintenance office, with access authorization. It also allows
the UPS to send e-mails in one direction to a list of
addressees, warning of alarms and operations events.
Special Analyzer Network
This is VLAN network of the Plant Network used for
obtaining data from analyzers, including among others, rock
size analyzers, ore grade analyzers, particle and bubble size
analyzers. Data analysis takes place in a server in the data
room which delivers the results directly and/or through
OPC connectivity to the DCS. The information from these
analyzers is used by the plant operators to take the right
actions and to store the data in the historical DCS server.
Predictive Maintenance System Network
This is a VLAN network of the Plant Network for obtaining
critical mechanical equipment temperature and vibration
data. A Fourier analysis is performed in local analyzers close
to each item of equipment, and then the data is sent to a
server in the control room. The result of the analysis plus the
right configuration of models on the server allow
maintainers to anticipate equipment failures, and are a
valuable help for programming the maintenance. This
server delivers the analysis directly and/or through the
connectivity of the Database. It delivers also a summary of
alarms and process trips to the DCS via OPC.
Figure No 4 shows a typical interconnection setup used in
the PCNet design processes.
Activities And Deliverables
Fluor develops the conceptual, basic and detail
engineering of the PCNet based on the requirements
established by mutual agreement with our clients at the
beginning of the project. The design process includes
constant coordination with the client’s project team.
In summary, the following main steps are taken during the
execution of the design.
• Topology design by Fluor.
• Topology validation with equipment suppliers and
network construction and maintenance services.
• Designs, which are developed in documents and
drawings.
• Quotation, evaluation and assignment of the technology
vendor.
• Definitive topology validation with the assigned vendor.
• Complete connection detail design of all of the defined
M&M Fluor Chile 48

autorización de accesos pueda ingresar en forma remota a
las páginas de monitoreo de la UPS. Además permite que la
UPS envíe en forma unidireccional correos electrónicos a
una lista de destinatarios avisando de alarmas y eventos de
funcionamiento.
Red Analizadores especiales
utilizada para la adquisición de datos de analizadores. Entre
otros, se incluyen analizadores de tamaño de rocas,
analizadores de leyes de minerales, analizadores de de
partículas y de burbujas. El análisis de los datos se realiza
en un servidor en la sala de datos el cual entrega los análisis
en forma directa y/o a través de conectividad OPC al DCS.
La información de estos analizadores es utilizada para la
correcta toma de acciones del Operador de Planta y para
almacenamientos en el servidor historiador del DCS.
Red Sistema de Mantención Predictiva
para la adquisición de datos de temperatura y vibración de
equipos mecánicos críticos. El análisis de Fourier se realiza
en analizadores locales cercanos a cada equipo y luego los
datos son enviados a un servidor en la sala de control. El
resultado de los análisis más la correcta configuración de
modelos sobre el servidor permite al personal de
mantenimiento anticiparse a las fallas de equipos y es una
valiosa ayuda para la programación de las mantenciones.
Este servidor entrega los análisis en forma directa y/o a
través de conectividad de la Base de Datos por los
Supervisores de mantención. Además se entregan
resúmenes de alarmas y “trips” de procesos al DCS vía
OPC.
Las Figura No 4 muestra una configuración típica de
interconexión utilizada en los procesos de diseño de la
PCNet.
Actividades y Entregables
Fluor desarrolla la ingeniería conceptual, básica y de
detalles de la PCNet basados en los requerimientos
establecidos en común acuerdo con nuestros clientes al
inicio del proyecto. El diseño incluirá coordinaciones
permanentes con el equipo de proyectos del cliente.
La secuencia de diseño, número de actividades, planos y
documentos permitirá comprar, construir, operar y
mantener una arquitectura de red.
En resumen los pasos que sigue un diseño se resumen los
siguientes temas:
• Diseño de topología por parte de Fluor.
• Validación de topología con proveedores de equipos y
servicios de construcción y mantención de redes.
• Diseños, los cuales se desarrollan en documentos y
planos.
• Cotización, evaluación y asignación del proveedor de
tecnología.
nodes.
• Development of location drawings and fiber optics
layout.
• Equipment configuration.
• Construction, FO layout and thermo-fusions, cabinets and
structured cabling.
• Factory (FAT) and configuration (CAT) tests, start-up,
evaluation and delivery of the networks.
• Figures No 4 and 5 show sample diagrams with the
information that is part of the engineering design of the
PCNet network.
Conclusions
The need for industrial Ethernet networks has increased
from year to year, and today they are an important part of
the operation of industrial plants. The benefits offered by an
Ethernet network are recognized in industry, considering
that the information required to manage the primary
business would not be available in real time if
communication networks did not exist. The complexity of
industrial network design is due to the large number of
technologies and standards. This has given place to a
special discipline in mining capital projects that is
concerned with the implementation of these designs.
Fluor has experience in the design of PCNet networks that
will ensure our client’s successful outcome. Our knowledge
of technologies of several manufacturers allows us to
standardize and consolidate in a single architecture those
different services that have to be considered when
designing a network topology. Network design by a single
expert company allows our clients to take economic
advantage of the scales of investment, required
coordination, promptness of design, and consistency of
technical decisions that ensure the minimum maintenance
costs of the communication equipment and cabling
infrastructure.
The design of the PCNet allows our clients to have an
information environment without losing control of each of
the systems and to distribute the information using the
hierarchical functional model according to standard ISA 95.
Figure No 6 shows a “Plant Information Management” (PIM)
diagram structured in a safe and efficient manner, where
each user with access to the Networks may use the
information of interest for analysis and decision-making.
M&M Fluor Chile 49

• Validación definitiva de topología con el proveedor
asignado.
• Diseño completo del detalle de conexionado de todos y
cada uno de los nodos definidos.
• Desarrollo de planos de ubicación y tendido de Fibra
óptica.
• Configuración de equipos.
• Construcción, tendido de FO y termofusiones, gabinetes
y cableado estructurado.
• Pruebas de fábrica (FAT) y configuración (CAT), puesta en
marcha, evaluación y entrega de las redes.
En las Figuras No 4 y 5 se muestran planos con el contenido
de información que forma parte del diseño de ingeniería
de la red PCNet.
Conclusiones
La necesidad de redes Ethernet industriales han ido en
incremento año a año y son hoy en día parte relevante en la
operación de plantas industriales. Los beneficios que ofrece
una red Ethernet son reconocidos por las industrias pues
basta pensar que la información necesaria para gestionar el
negocio primario no estaría disponible en tiempo real si no
existieran las redes de comunicación. La complejidad en el
diseño de redes industriales dada a la gran cantidad de
tecnologías y estándares ha llevado a que exista una
disciplina especializada dentro de un proyecto
Figure No 4 -PCNet network diagram, interconnections in electrical room
References
• IEEE 802.X con X = 3 , 3z, 3ac, 3ae , 1x, 1d,1ad, 1ab, 11,
1q, 3af.t. Ethernet Standard.
• TIA Standard, TIA-942, 2005.
• ISA 95/99.
• Reference Architectures for Ind. Auto. and Control
System, Paul Didier, Cisco, 201.
• OPC: What is it and How does it work? Derek
Kominek, 2009.
• http://www.opcfoundation.org/
• Power Over Ethernet, Automated Building, 2005.
M&M Fluor Chile 50

Figure No 5 - General PCNet network diagram
Figure No 6 - Plant information management (PIM) setup
M&M Fluor Chile 51

de inversión minera que se ocupe y preocupe de los temas
que son necesarios diseñar.
Fluor posee experiencia en el diseño de redes PCNet, que
asegurarán el éxito a nuestros clientes en el resultado ﬁnal.
El conocimiento de tecnología de varios fabricantes nos
permite estandarizar y consolidar en una única arquitectura
los diferentes servicios que se deben tener en cuenta al
momento de diseñar una topología de red. El diseño de
redes a cargo de un sola compañía especialista en el
desarrollo del proyecto permite a nuestros clientes tomar
ventajas económicas de las escalas de inversión,
coordinaciones necesarias, rapidez de diseño y consistencia
de decisiones técnicas que aseguren tener mínimos costos
de mantención en equipos de comunicaciones y su
infraestructura de cableados de la red.
El diseño de la PCNet permite a nuestros clientes contar
con un ambiente de información sin perder el control sobre
cada uno de los sistemas y distribuir la información usando
el modelo jerarquizado funcional según el estándar ISA 95.
La Figura No 6 se observa un diagrama “Plant Información
Managment” (PIM) estructurado de forma segura y
eﬁciente, en el cual cada usuario con accesos a las Redes,
puede utilizar la información de su interés para análisis y
toma de decisiones.
Héctor Garces: Ingeniero Eléctrico especialista en Sistemas de Control de Fluor. Hector tiene 25 años de
experiencia. A liderado equipos de diseño, construcción y puesta en servicio de proyectos en la industria de la
gran minería, celulosa y planta de poder.
Electrical Engineer expert in Control Systems of Fluor. Héctor has 25 years of experience. He has been leader of
project design, construction and start-up teams in the large-scale mining, paper pulp and power plant industry.
Alberto Solís: Ingeniero Electrico, trabaja como especialista en redes de comunicaciones, redes de datos, redes
inalámbricas WiFi, Telefonía IP y sistemas CCTV/IP. Alberto tiene 20 años de experiencia en ingeniería y diseño de
proyectos relacionados con empresas corporativas y empresas mineras en Chile.
Electrical Engineer, Alberto works as expert in communication networks, data networks, wireless WiFi networks, IP
telephony, and CCTV/IP systems. He has 20 years of engineering and project design experience related with
corporate companies y mining companies in Chile. digital video systems for industrial and safety processes.
Carlos Aracena: Ingeniero Electrico, especialista consultor en diseños y mantención de redes de comunicaciones
corporativas e industriales. Con 19 años de experiencia y se ha desempeñado como ingeniero en Fluor, es
profesor de diplomado en la cátedra de redes de datos en Telecomunicaciones en la facultad de ingeniería de la
Universidad de Santiago.
Electrical Engineer expert in corporate and industrial communication network designs and maintenance. Carlos
has 19 years of experience and has worked as Engineer in Fluor, is Professor for the course of data
telecommunication networks in the faculty of Engineering of the Universidad de Santiago.
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Editor: Ricardo Thumala.
Review Committee: Carlos Astorga / Dick Celmer / Wilfredo Escobedo / Jaime Alvarez / Kamlesh Gupta / Ricardo Thumala.
Translators: Mónica Scheihing / Fiorella Zoffoli / Angelika Ovando / Sean Black.
First Edition - Engineering Magazine - March 26, 2014.
Fluor Chile.
Reyes Lavalle 3340, Las Condes, Santiago - Chile.
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