L100 uachmc003 2_memoria general de proyecto (documentos y planos)

Escuela de Ingeniería Civil Electrónica
DISEÑO DE LABORATORIO DE CONTROL DISTRIBUIDO EN
BASE AL SISTEMA DELTAV, EMERSON, PARA EL
INSTITUTO DE ELECTRICIDAD Y ELECTRONICA,
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERIA, DE LA
UNIVERSIDAD AUSTRAL DE CHILE
Nº L-100-UACH-MC-003_REV02
Tesis para optar al título de:
Ingeniero Civil Electrónico
Profesor Patrocinante:
Sr. Pedro Rey Clericus.
Ingeniero Electrónico
Licenciado en Ciencias de la Ingeniería
Diplomado en Ciencias de la Ingeniería.
JOSE MANUEL CAMPOS SALAZAR
VALDIVIA – CHILE
2015

Comisión de Titulación
Profesor Patrocinante:
Pedro Rey Clericus
Profesores Informantes:
Franklin Castro Rojas
José Mardones Fernández
Fecha de examen de Titulación
2

DEDICATORIA
Gracias Señor Jesús, por tu ayuda permanente.
Este trabajo se lo dedico en especial a mi amada esposa Silvana, sin la cual no hubiese sido
posible terminar, prestándome su innegable apoyo. También a mi querida familia: papá (José
Roberto), mamá (María Cristina) y hermanos (Cotono y Kokita), Tía Marcela quienes me
alentaron constantemente.
A Don Adolfo y Señora Sylvia, ya que sin su asistencia permanente, me hubiese demorado más
de lo previsto.
Y finalmente a mis estimados colegas Marcelo Soto y Patito Espinoza que sin sus valiosos
conocimientos transmitidos, hubiese sido muy dificultoso lograr este proyecto.
3

RESUMEN
Este proyecto consiste en el diseño de un laboratorio para el funcionamiento de un sistema de
control distribuido (DCS), el cual será implementado en el Instituto de Electricidad y Electrónica
(IEE), perteneciente a la Facultad de Ciencias de la Ingeniería, de la Universidad Austral de
Chile, para el uso de los alumnos de la carrera de Ingeniería Civil Electrónica. Además se
plantea un diseño básico de una maqueta de proceso, para la interacción del sistema DCS.
La estructura tiene dos finalidades bien claras; por un lado sirve como trabajo de tesis para
optar a un título profesional y grado académico respectivo y por otro, tiene la misión de
representar un documento técnico en base a la formación de todas las etapas que posee un
proyecto de este estilo, es decir posee un marco teórico (lo que le proporciona características
académicas), un estudio técnico bien a fondo y finalmente un estudio económico, el cual es de
vital importancia, ya que mediante él, es posible determinar la viabilidad del mismo.
En términos generales, el sistema DCS que se diseña, se basa en el equipamiento altamente
especializado llamado DeltaV que es fabricado por la empresa de tecnología estadounidense
Emerson Process. Los sistemas DCSs, son sistemas de control, los cuales poseen una filosofía
de configuración y funcionamiento bien definida y que está íntimamente relacionada con el
trabajo de sistemas de comunicación de campo.
Según el estudio realizado y plasmado en el siguiente documento, se ve claramente la
masificación que está teniendo este tipo de producto, en el funcionamiento de las industrias de
hoy, razón por la cual, la necesidad de preparar futuros ingenieros civiles electrónicos,
orientados a este sistema.
Como se expone en párrafos anteriores, este trabajo se conforma de un marco teórico, en el
cual se conceptualiza todo lo relacionado a los sistemas DCS, describiendo propiedades y
configuraciones, elementos constitutivos y otros. Luego se desarrolla el estudio técnico, el cual
se basa en las tres etapas que debe poseer un proyecto determinado, es decir, una ingeniería
conceptual (aquí se esboza ideas y deseos, viabilidad técnica, inversión inicial, etc), una
ingeniería básica (en esta parte se examina el lugar físico donde se requiere implementar el
proyecto, se diseña el proceso, etc), y terminar este estudio con la ingeniería de detalles
(generación de los planos y memorias para la construcción propiamente tal).
4

Como etapa final del proyecto, se realiza el estudio económico, según el cual, es posible ver la
factibilidad económica de la implementación del laboratorio. Gracias a herramientas de
matemática financiera, como lo son los cálculos de V.A.N. y T.I.R., es posible analizar y
determinar si es rentable o no la implementación.
Se plantea, un programa para un curso de formación en lo que respecta a sistemas de control
distribuido, utilizando para ello, el laboratorio diseñado.
Para finalizar, se propone un proceso (maqueta de pruebas), para relacionar directamente el
funcionamiento del DCS a implementar en el futuro.
Palabras claves: DCS, Sistemas de Control Distribuido, Diseño.
5

ABSTRACT
This project involves the design of a laboratory for the operation of a distributed control system
(DCS), which will be implemented at the Institute of Electrical and Electronics (IEE), belonging to
the Faculty of Engineering, University Austral de Chile, for the use of students in the career of
Civil Engineering Electronics. Also raises a basic design of a process model for the interaction of
DCS system.
The structure has two very clear purposes; on the one hand serves as a thesis to qualify for a
professional degree and relevant academic degree and on the other, has the mission to present
a technical paper based on the formation of all stages possessing a project of this type, ie has a
theoretical framework (which provides academic characteristics), a technical study very deeply
and finally an economic study, which is of vital importance, since through it is possible to
determine the feasibility of the project.
Overall, the DCS system is designed based on highly specialized equipment called DeltaV which
is manufactured by American Emerson Process technology. The DCSs systems are control
systems, which have a philosophy of architecture and functioning well defined and is closely
related to the work field communication systems.
According to the study and expressed in the following document, it is clear that overcrowding is
having this type of product, in the performance of the industries today, why the need to prepare
future electronic civil engineers, aimed at this system.
As discussed above, this work is made up of a theoretical framework in which everything related
to DCS systems is conceptualized, describing properties and configurations, and other
constituents. Technical study, which is based on the three stages that must have a certain
project, ie, a conceptual engineering (here ideas and wishes outlined, technical feasibility, initial
investment, etc), a basic engineering is then developed (in this part of the physical place where
required to implement the project under review, process, etc) is designed, and finally finish this
study with detailed engineering (generation of plans and reports for the construction itself).
As a final step of the project, the economic study, whereby it is possible to see the economic
feasibility of the implementation of the laboratory is performed. Thanks to tools of financial
mathematics, such as NPV calculations and IRR, it is possible to analyze and determine if it is
profitable or not the implementation of the project.
6

A program for a training course with regard to distributed control systems, using the laboratory
designed arises.
A process (test model) is proposed to relate directly the operation of DCS to implement in the
future.
Keywords: DCS, Distributed Control System, Design.
7

CONTENIDO
DEDICATORIA ..............................................................................................................................3
RESUMEN.....................................................................................................................................4
ABSTRACT....................................................................................................................................6
CONTENIDO .................................................................................................................................8
LISTADO DE FIGURAS ..............................................................................................................12
LISTADO DE TABLAS.................................................................................................................18
I. INTRODUCCION..................................................................................................................20
II. PROBLEMÁTICA .................................................................................................................22
III. OBJETIVO GENERAL......................................................................................................23
IV. OBJETIVOS ESPECIFICOS.............................................................................................23
V. MARCO TEORICO...............................................................................................................24
5.1 Historia acerca de los Sistemas de Control Distribuidos (DCS)....................................24
5.2 Definición de un DCS....................................................................................................25
5.3 Características principales de un DCS..........................................................................26
5.3.1 Flexibilidad y capacidad de expansión...................................................................26
5.3.2 Mantenimiento........................................................................................................26
5.3.3 Apertura .................................................................................................................26
5.3.4 Operatividad...........................................................................................................26
5.3.5 Portabilidad ............................................................................................................26
5.3.6 Rentabilidad ...........................................................................................................26
5.3.7 Redundancia/Robustez..........................................................................................27
5.4 Breve descripción de los compontes (capa física), que conforman un DCS ................27
5.4 1 Componentes de nivel alto.....................................................................................27
5.4 2 Red de Control.......................................................................................................27
5.4 3 Controladores y Tarjetas E/S.................................................................................28
8

5.4 4 Elementos de campo (de terreno).........................................................................29
5.5 Breve descripción de la interfaz gráfica y de la interfaz ingeniería/mantención
(software), de un DCS..............................................................................................................30
5.6 Sistema de Control, Distribuido (DCS), DeltaV, Emerson Proceses.............................32
5.6.1 Capa física de DeltaV ............................................................................................32
5.6.2 Red de Control DeltaV ...........................................................................................48
5.6.3 Conceptos importantes de DeltaV ........................................................................52
5.6.4 Softwares de Aplicación de DeltaV.......................................................................56
5.7 Breve descripción de algunos buses de campos, más utilizados en DeltaV ................63
5.7.1 Definición de Bus de Campo..................................................................................63
5.7.2 Fieldbus..................................................................................................................63
5.7.3 Profibus..................................................................................................................64
5.7.4 Device Net..............................................................................................................65
5.7.5 Comunicaciones HART..........................................................................................66
VI. ESTUDIO TECNICO.........................................................................................................67
6.1 Ingeniería Conceptual ...................................................................................................67
6.1.1 Viabilidad técnica del proyecto...............................................................................67
6.1.2 Cronograma preliminar del proyecto......................................................................71
6.1.3 Recopilación de requerimientos del laboratorio.....................................................72
6.1.4 Costos de inversión inicial......................................................................................73
6.1.5 Rentabilidad de la inversión...................................................................................77
6.1.6 Costos de mantenimiento ......................................................................................77
6.1.7 Diagrama de flujo del proceso ...............................................................................77
6.2 Ingeniería Básica...........................................................................................................79
6.2.1 Estudio de instalaciones físicas (Laboratorio B de automatización y control).............80
9

6.2.2 Revisión de los diagramas de flujo de los procesos y elaboración de los diagramas
P&ID (Piping and Instrumentation Diagram), diagramas unilineales para las instalaciones
eléctricas, diagramas de control entre otros.........................................................................80
6.2.3 Cálculos referidos al proyecto respecto al sistema DCS .......................................81
6.2.4 Cálculos referidos al proyecto respecto a la maqueta de proceso. .......................89
6.2.5 Narrativa del sistema de control para el proceso.................................................102
6.2.6 Diseño de los diagramas samas, para la configuración del control.....................107
6.2.7 Dimensionamiento de los equipos a utiliza en el proyecto ..................................108
6.2.8 Listado de componentes en general....................................................................108
6.3 Ingeniería de Detalles .................................................................................................108
VII. ESTUDIO ECONOMICO ................................................................................................110
7.1 Cálculos de V.A.N., T.I.R. y PAYBACK.......................................................................110
7.1.1 Valor Actual Neto (V.A.N.) ...................................................................................110
7.1.2 Tasa Interna de Retorno (T.I.R.)..........................................................................111
7.1.3 Periodo Medio de Maduración (PAYBACK).........................................................111
7.1.4 Cálculos de V.A.N., T.I.R. y PAYBACK ...............................................................112
VIII. CONCLUSIONES Y/O REFLEXIONES..........................................................................115
IX. BIBLIOGRAFIA...............................................................................................................116
ANEXO A.1 EJEMPLO DE DESARROLLO DE INGENIERIA DE CONTROL EN DELTAV 117
A.1.1 Presentación de la ingeniería de procesos..............................................................117
A.1.2 Creación de los módulos de control ........................................................................117
A.1.3 Carta de función secuencial (SFC)..........................................................................118
A.1.4 Creación de una pantalla de operación...................................................................119
A.1.5 Configurando DeltaV Explorer.................................................................................119
A.1.5.1 Abriendo DeltaV Explorer.................................................................................120
A.1.5.2 Navegando en DeltaV Explorer........................................................................121
A.1.5.3 Explorando las fichas de librería (Function Block Templates)..........................121
10

A.1.6 Configurando y descargando la estrategia de control .............................................122
A.1.6.1 Creando y nombrando áreas de planta............................................................124
A.1.6.2 Utilizando DeltaV Explorer, para copiar un módulo (MTR-101) .......................125
A.1.6.3 Introducción a la aplicación de Control Studio .................................................126
A.1.6.4 Creando un módulo de control (XV-101), en Control Studio, utilizando una ficha
de librería (Library Template) .............................................................................................128
A.1.6.5 Pasos finales para todos los módulos de control .............................................132
A.1.6.6 Creando el módulo LI-101, desde un borrador.................................................135
ANEXO A.2 CODIFICACION Y LISTADO DE DOCUMENTOS Y PLANOS
RELACIONADOS CON EL PROYECTO...................................................................................139
ANEXO A.3 PROGRAMA ASIGNATURA SISTEMAS DE CONTROL DISTRIBUIDO ........142
ANEXO A.4 DETALLE DE COSTOS INVOLUCRADOS EN EL DISEÑO DEL
LABORATORIO DCS ................................................................................................................145
A.4.1 Cuadro de costos, referente al diseño y construcción del tablero de control 100-TDC-
001 145
A.4.2 Cuadro de costos, referente al diseño y construcción del tablero de control 100-TDF-
001 145
A.4.3 Cuadro de costos, referente al material de instrumentación ...................................145
A.4.4 Cuadro de costos, relacionado con la disciplina mecánica y estructural.................145
ANEXO A.5 PLANOS Y DOCUMENTOS DEL PROYECTO ...............................................149
11

LISTADO DE FIGURAS
Figura 1 Topología típica de un DCS (fuente: Villajulca, J. (2011, 14 de Octubre). Introducción a
los DCS: Sistemas de Control [Instrumentación y Control. Net] de
http://www.instrumentacionycontrol.net/cursos-libres/automatizacion/curso-sistemas-de-control-
distribuido-dcs/item/413-introduccion-a-los-dcs-sistemas-de-control-distribuido).......................25
Figura 2: Componentes funcionales de un DCS (fuente: León A. (2011, 17 de Marzo). Sistemas
de Control Distribuido (DCS) de http://es.slideshare.net/alleonchile/sistemas-de-control-
distribuido-dcs-7298975). ............................................................................................................28
Figura 3: Gabinete eléctrico típico DCS (fuente: Celulosa Arauco y Constitución S.A., Planta
Valdivia).......................................................................................................................................29
Figura 4: Estrategia de control, configurada en DeltaV, Emerson (fuente: Emerson, P. (2005).
Getting Started With Your DeltaV™ Digital Automation System)................................................31
Figura 5: Despliegue de operación en sistema DeltaV (fuente: Celulosa Arauco y Constitución,
Planta Valdivia)............................................................................................................................32
Figura 6: Componentes básicos de un Sistema DeltaV, Emerson (fuente: Emerson, P. (2005).
Installing Your DeltaV Digital Automation System V8.4) .............................................................33
Figura 7: Gráficas de variables de proceso, en DeltaV, Emerson (fuente: Emerson, P. (2005).
Getting Started With Your DeltaV™ Digital Automation System)................................................34
Figura 8: Especificaciones de 2-Wide Power/Controller Carrier (fuente: Emerson, P. (2005).
Figura 9: Especificaciones de 8-Wide I/O Interface Carrier (fuente: Emerson, P. (2005). Installing
Your DeltaV Digital Automation System V8.4).............................................................................35
Figura 10: Especificaciones de Carrier Extender (fuente: Emerson, P. (2005). Installing Your
DeltaV Digital Automation System V8.4) .....................................................................................36
Figura 11: Local Bus (fuente: Emerson, P. (2005). Installing Your DeltaV Digital Automation
System V8.4) ...............................................................................................................................36
Figura 12: Configuración estándar de 6 carriers (fuente: propia)................................................37
Figura 13: Especificaciones técnicas de AI, 8-channels, 4-20 mA, HART (fuente: Emerson, P.
(2005). Installing Your DeltaV Digital Automation System V8.4).................................................42
Figura 14: Diagrama de cableado para tarjeta AI de 2 hilos, 8-channels, 4-20 mA, HART y
tarjeta AI, 8-channels, 4-20 mA, HART (fuente: Emerson, P. (2005). Installing Your DeltaV
Digital Automation System V8.4).................................................................................................42
12

Figura 15: Diagrama de cableado para tarjeta AI de4 hilos, 8-channels, 4-20 mA, HART y tarjeta
AI, 8-channels, 4-20 mA, HART (fuente: Emerson, P. (2005). Installing Your DeltaV Digital
Automation System V8.4)............................................................................................................43
Figura 16: Especificaciones técnicas de AI, 8-channels, 4-20 mA, HART (fuente: Emerson, P.
Figura 17: Diagrama de cableado para tarjeta AO de 8-channels, 4-20 mA, HART (fuente:
Emerson, P. (2005). Installing Your DeltaV Digital Automation System V8.4) ............................43
Figura 18: Especificaciones técnicas de una tarjeta Device Net (fuente: Emerson, P. (2005).
Figura 19: Diagrama de cableado para tarjeta Device Net (fuente: Emerson, P. (2005). Installing
Figura 20: Especificaciones técnicas de una tarjeta DI, 8-channels, 24 VDC, dry contact (fuente:
Figura 21: Diagrama de cableado para tarjeta DI, 8-channels, 24 VDC, dry contact (fuente:
Figura 22: Especificaciones técnicas de una tarjeta DO, 8-channels, 24 VDC, high side (fuente:
Figura 23: Diagrama de cableado para tarjeta DO, 8-channels, 24 VDC, high side (fuente:
Figura 24: Especificaciones técnicas de una tarjeta FieldBus (fuente: Emerson, P. (2005).
Figura 25: Diagrama de cableado para tarjeta FieldBus (fuente: Emerson, P. (2005). Installing
Figura 26: Especificaciones técnicas de una tarjeta Profibus DP (fuente: Emerson, P. (2005).
Figura 27: Diagrama de cableado para tarjeta Profibus DP (fuente: Emerson, P. (2005).
Figura 28: Especificaciones técnicas de un controlador DeltaV (fuente: Emerson, P. (2005).
Figura 29: Dimensiones de un controlador DeltaV (fuente: Emerson, P. (2005). Installing Your
DeltaV Digital Automation System V8.4) .....................................................................................47
Figura 30: Especificaciones técnicas de estación de trabajo DeltaV (fuente: Emerson, P.
(2014).DeltaV Product Data Sheet, DeltaV Workstation Hardware)............................................49
13

Figura 31: Método de energización de un sistema DeltaV, utilizando una fuente tipo
"bulk"(fuente: Emerson, P. (2005). Installing Your DeltaV Digital Automation System V8.4)......50
Figura 32 Ejemplos de topologías de redes de control, para 2 nodos (fuente: Emerson, P.
Figura 33: Ejemplos de topologías de redes de control, para 8 nodos (fuente: Emerson, P.
Figura 34: Ejemplo de estructura jerárquica en DeltaV (fuente: Emerson, P. (2005). Getting
Started With Your DeltaV™ Digital Automation System V8.4) ....................................................56
Figura 35: Espacio de trabajo para un módulo de control en Control Studio (fuente: Emerson, P.
(2005). Getting Started With Your DeltaV™ Digital Automation System V8.4) ...........................57
Figura 36: Pantalla de operación típica (fuente: Emerson, P. (2005). Getting Started With Your
DeltaV™ Digital Automation System V8.4)..................................................................................59
Figura 37: User manager (fuente: Emerson, P. (2005). Getting Started With Your DeltaV™
Digital Automation System V8.4).................................................................................................59
Figura 38: Típico de gráficas de señales y visualización de eventos, con el process history view
(fuente: Emerson, P. (2013). DeltaV™ Continuous Historian DeltaV Product Data Sheet) ........62
Figura 39: Gráficos de distribución en los tipos de control en empresas chilenas (fuente: propia)
.....................................................................................................................................................71
Figura 40: Cronograma preliminar del proyecto como parte de la ingeniería conceptual (fuente:
propia)..........................................................................................................................................71
Figura 41: Componentes cotizados serie S por INECO para Lab. (fuente: INECO SPA,
(2014).Cotización-Oferta técnica y comercial).............................................................................74
Figura 42: Componentes cotizados serie M por INECO para Lab. (fuente: INECO SPA,
Figura 43: Resumen comercial para serie S por INECO para Lab. (fuente: INECO SPA,
Figura 44: Resumen comercial para serie M por INECO para Lab. (fuente: INECO SPA,
Figura 45: P&ID del proceso a controlar (fuente: propia) ............................................................78
Figura 46: Maqueta de proceso en 3-D (fuente, propia)..............................................................79
Figura 47: Constante de la envolvente k, para un valor de Ae ≥ 1.25 (fuente: Schneider Electric,
(1998). Cuaderno Técnico N° 145, Estudio Térmico de los Tableros Eléctricos de B.T.) ...........85
14

Figura 48: Factor de distribución de la temperatura c para envolventes que cumplan Ae ≥ 1.25
(fuente: Schneider Electric, (1998). Cuaderno Técnico N° 145, Estudio Térmico de los Tableros
Eléctricos de B.T.) .......................................................................................................................86
Figura 49: Cuadro que indica el tipo de sitio de instalación de un tablero, según IEC 890 (fuente:
Rittal, (2013). System Climate Control) .......................................................................................87
Figura 50: Variación de f, según la altura del tablero (fuente: Rittal, (2013). System Climate
Control)........................................................................................................................................87
Figura 51: Diagrama de Moody (fuente, propia)..........................................................................94
Figura 52: Constante de la envolvente k, para un valor de Ae ≥ 1.25 (fuente: Schneider Electric,
(1998). Cuaderno Técnico N° 145, Estudio Térmico de los Tableros Eléctricos de B.T.) ...........97
Figura 53: Factor de distribución de la temperatura c para envolventes que cumplan Ae ≥ 1.25
(fuente: Schneider Electric, (1998). Cuaderno Técnico N° 145, Estudio Térmico de los Tableros
Eléctricos de B.T.) .......................................................................................................................98
Figura 54: Cuadro que indica el tipo de sitio de instalación de un tablero, según IEC 890 (fuente:
Rittal, (2013). System Climate Control) .......................................................................................99
Figura 55: Variación de f, según la altura del tablero (fuente: Rittal, (2013). System Climate
Control)......................................................................................................................................100
Figura 56: Variación de temperatura vs SP bomba (fuente, propia) .........................................104
Figura A.1.1: Diagrama de procesos (fuente: Emerson, P. (2005). Getting Started With Your
DeltaV™ Digital Automation System V8.4)................................................................................117
Figura A.1.2: Pantalla de operación para el sistema (fuente: Emerson, P. (2005). Getting Started
With Your DeltaV™ Digital Automation System V8.4)...............................................................119
Figura A.1.3: Ruta para llegar a DeltaV Explorer (fuente: Emerson, P. (2005). Getting Started
Figura A.1.4: Apertura de aplicación DeltaV Explorer (fuente: Emerson, P. (2005). Getting
Started With Your DeltaV™ Digital Automation System V8.4) ..................................................121
Figura A.1.5: Ejemplo de navegar en DeltaV Explorer (fuente: Emerson, P. (2005). Getting
15

Figura A.1.8: Ejemplo de creación de área nueva (fuente: Emerson, P. (2005). Getting Started
Figura A.1.9: Ejemplo modificación de módulo (fuente: Emerson, P. (2005). Getting Started With
Your DeltaV™ Digital Automation System V8.4).......................................................................126
Figura A.1.10 Ambiente en control studio (fuente: Emerson, P. (2005). Getting Started With Your
DeltaV™ Digital Automation System V8.4)................................................................................127
Figura A.1.11: Diagrama de preferencia, para modificación de la paleta (fuente: Emerson, P.
(2005). Getting Started With Your DeltaV™ Digital Automation System V8.4) .........................128
Figura A.1.12: Ruta activación control studio (fuente: Emerson, P. (2005). Getting Started With
Your DeltaV™ Digital Automation System V8.4).......................................................................129
Figura A.1.13: Ruta para escoger template nuevo (fuente: Emerson, P. (2005). Getting Started
Figura A.1.14: Cuadro Browse (fuente: Emerson, P. (2005). Getting Started With Your DeltaV™
Digital Automation System V8.4)...............................................................................................130
Figura A.1.15: Modulo para una válvula normalmente cerrada (fuente: Emerson, P. (2005).
Getting Started With Your DeltaV™ Digital Automation System V8.4)......................................130
Figura A.1.16: Ruta para opción de filtrado de datos (fuente: Emerson, P. (2005). Getting
Figura A.1.17: Cuadro para opción de filtrado de datos (fuente: Emerson, P. (2005). Getting
Figura A.1.18: Cuadro para setear Device Signal Tags (fuente: Emerson, P. (2005). Getting
Figura A.1.19: Cuadro de propiedades de un módulo de control (fuente: Emerson, P. (2005).
Figura A.1.20: Cuadro de selección de controladores (fuente: Emerson, P. (2005). Getting
Figura A.1.21: Cuadro de grabado para módulos (fuente: Emerson, P. (2005). Getting Started
Figura A.1.22: Cuadro de propiedades para módulo (fuente: Emerson, P. (2005). Getting Started
Figura A.1.23: Cuadro para la creación de nuevos módulos (fuente: Emerson, P. (2005). Getting
16

Figura A.1.24: Creación de un módulo nuevo, en control studio (fuente: Emerson, P. (2005).
Figura A.1.25: Información acerca del bloque AI (fuente: Emerson, P. (2005). Getting Started
Figura A.3.1: Programa de Asignatura Sistemas de Control Distribuido (fuente, propia) .........144
17

LISTADO DE TABLAS
Tabla 1: Tipos frecuentes de Comunicación en un DCS (fuente: propia). ..................................31
Tabla 2: Cuadro de cálculos longitud total (fuente: propia) .........................................................37
Tabla 3: Tabla de cálculos de corriente, utilizando un Local Bus de 12 VDC y equipos de campo
de 24 VDC (fuente: Emerson, P. (2005). Installing Your DeltaV Digital Automation System V8.4)
.....................................................................................................................................................47
Tabla 4: Especificaciones técnicas de una fuente bulk AC a 24 VDC (fuente: Emerson, P.
Tabla 5: Especificaciones técnicas de una fuente bulk AC a 12 VDC (fuente: Emerson, P.
Tabla 6: Especificaciones técnicas de una fuente bulk 24 VDC a 12 VDC (fuente: Emerson, P.
Tabla 7: Hub Ethernet de 8 puertos (fuente: Emerson, P. (2005). Installing Your DeltaV Digital
Tabla 8: Switch de fibra de 24 puertos (fuente: Emerson, P. (2005). Installing Your DeltaV Digital
Tabla 9: Switch de 24 puertos (fuente: Emerson, P. (2005). Installing Your DeltaV Digital
Tabla 10: Ranking Top 50 empresas exportadoras industriales (fuente: SOFOFA, (2014).
Economía y Negocios).................................................................................................................69
Tabla 11: Requerimientos básicos para el laboratorio DCS (fuente: propia) ..............................72
Tabla 12: Cuadro de costos, asociados al Lab. DCS. (fuente: propia)........................................75
Tabla 13: Disipación térmica del sistema completo DeltaV (fuente, propia) ...............................84
Tabla 14: Disipación térmica del 100-TDF-001 (fuente, propia)..................................................97
Tabla 15: Características de los equipos de proceso a utilizar (fuente, propia)........................108
Tabla 16: Cálculo de Inversión Inicial del Proyecto (fuente, propia)..........................................113
Tabla 17: Cuadro de Cálculo de Flujo de Caja (fuente, propia) ................................................113
Tabla 18: Cuadro Cálculo V.A.N., T.I.R. y PAYBACK (fuente, propia)......................................114
Tabla A.1.1: Información asociada a la creación de los módulos de control (fuente: Emerson, P.
(2005). Getting Started With Your DeltaV™ Digital Automation System V8.4) .........................118
Tabla A.2.1: Listado de documentos del proyecto (fuente, propia) ...........................................141
Tabla A.4 1: Costos incurridos en construcción de tablero 100-TDC-001(fuente, propia) ........146
18

Tabla A.4 2: Costos incurridos en construcción de tablero 100-TDF-001(fuente, propia).........147
Tabla A.4 3: Costos incurridos en instrumentación y anexos (fuente, propia) ..........................148
Tabla A.4 4: Costos incurridos en materiales de disciplina mecánica (fuente, propia) .............148
19

I. INTRODUCCION
El diseño en cuestión, consiste en un laboratorio de un sistema de control distribuido (DCS por
sus siglas en inglés), para su futura implementación en el Laboratorio B de Automatización y
Control, perteneciente al Instituto de Electricidad y Electrónica de la Facultad de Ciencias de la
Ingeniería, de la Universidad Austral de Chile (desde ahora UACH).
Además se incluye el diseño de una maqueta de procesos, la cual trabajara en forma conjunta
con el DCS. Este sistema se configurará para dar un buen funcionamiento al proceso a diseñar.
El concepto medular, detrás de este proyecto, es la preparación de ingenieros civiles
electrónicos, formados en la UACH. Con este laboratorio, los ingenieros poseerán sólidas bases
en el diseño y configuración de un sistema de control distribuido, aplicable a un sinnúmero de
fábricas y plantas industriales, que hoy por hoy, seleccionan este tipo de sistemas, para su
operación.
Se describe en forma detallada, un completo desarrollo, presentando aspectos técnicos y
económicos, para llevar a cabo una futura implementación.
El proyecto se compone por un marco teórico, con el fin de estudiar las características técnicas
que posee un sistema DCS, como también los componentes que lo forman. Se analizan los
principales equipos y se describe su frontera de utilización. Se comienza con la descripción del
nacimiento de un DCS luego su historia. Se presentan las características principales que
caracterizan a un Sistema de Control Distribuido y finalmente se realiza una descripción de los
componentes medulares que se incorporan en el funcionamiento de este sistema, como
también de los equipos que se relacionan, con las entradas/salidas del laboratorio, es decir, se
habla (no en detalle), de los buses de campo más utilizados por un DCS.
Luego se desarrolla el estudio técnico que se compone de una ingeniería conceptual, básica y
de detalle. Referente a la ingeniería conceptual, se enfatiza temas tales como la viabilidad
técnica del proyecto, costos y rentabilidad de la inversión para finalizar con un acercamiento del
requerimiento perteneciente al proceso a controlar, es decir un diagrama P&ID. La ingeniería
básica, se compone de un estudio de la instalación física, donde en forma futura, se instalará el
laboratorio y la maqueta, analizando aspectos tales como, el sistema eléctrico existente, red de
suministro de agua, entre otros. Se revisa el diseño y crea planos básicos para la
implementación futura, concernientes a las disciplinas eléctricas, control, mecánica, obras
20

civiles, etc. Asociado a esto, se generan las memorias de cálculos pertinentes al diseño y
finalmente se dimensionan y listan los equipos para su futura compra.
El último punto del estudio técnico es la ingeniería de detalles, aquí se desarrollan los planos
para la construcción final, los cuales han pasado por varias etapas de revisión, emitiéndolos
como documentos oficiales para la implementación.
La penúltima etapa del proyecto, corresponde al estudio económico, aquí se analiza una serie
de ratios económicos, para considerar la verdadera viabilidad, del proyecto. Se exponen
cálculos de VAN, TIR y PAYBACK.
Se finaliza el estudio con las conclusiones y/o reflexiones, que se desprenden del diseño en
cuestión.
21

II. PROBLEMÁTICA
En la actualidad, los procesos industriales se han ido convirtiendo en más complejos,
requiriendo técnicas de control cada vez más avanzadas, que permitan el mando y la operación
adecuada, manteniendo siempre un equilibrio en costos y utilidad.
En décadas anteriores, los controles y sistemas clásicos predominaban en la industria, y en
especial los sistemas DDC (Direct Digital Control). Estos ofrecían robustez, aunque limitada,
solucionando, en ese entonces, la mayoría de los inconvenientes que surgían en el control y
operación de los procesos. Sin embargo, los DCS se impusieron al DDC y revolucionaron el
concepto de control. El control digital directo (DDC) durante esa época sufría de un problema
sustancial: El POTENCIAL peligro de que exista una falla en un único computador digital que
controlaba o ejecutaba MULTIPLES lazos de control PID, funciones que nunca debían
detenerse. El control digital trajo muchas ventajas, pero no valía la pena si existía el riesgo de
que la operación se detuviera completamente (o fallara catastróficamente), seguido de un
quiebre en el hardware o software en una única computadora.
Los controles distribuidos están destinados a solucionar esta preocupación teniendo múltiples
computadores (controladores), cada una responsable de un grupo de lazos PID, distribuidos por
las instalaciones y enlazados para compartir información entre ellas y con las consolas de
operación. Ahora ya no se tenía la inquietud de contar con todos los lazos en un solo
controlador. La distribución de los estos también ordeno el cableado de señales, dado que
ahora cientos o miles de cables de instrumentos solo tienen que llegar hasta los nodos
distribuidos, y no todo el camino hasta llegar la sala de control centralizada. Solo los cables de
la red tenían que estar enlazando a los controladores, representando una drástica reducción de
cableado. Además, el control distribuido introdujo el concepto de REDUNDANCIA en los
sistemas industriales; donde la adquisición de señales digitales y las unidades de
procesamiento estaban equipadas con un "spare" o "repuesto" para que automáticamente
tomen el control de todas las funciones críticas, en caso de ocurra una falla primaria.
Dado lo anterior, se hace cada vez más necesario, contar con profesionales del área de control,
que posean conocimientos vastos, de un sistema de control distribuido, ya que cada día se
implementan grandes plantas y fábricas, que seleccionan estos sistemas y por ende demandan
ingenieros capaces de mantener, en términos de diseño y configuración, estos DCSs.
22

III. OBJETIVO GENERAL
Generar un diseño de un laboratorio, de control distribuido (DCS), para el uso de los estudiantes
de la carrera de Ingeniería Civil Electrónica, de la Universidad Austral de Chile.
IV. OBJETIVOS ESPECIFICOS
- Estudiar la filosofía de un sistema de control distribuido (DCS por sus siglas en ingles).
- Estudiar topología de un sistema de control distribuido.
- Comentar algunos buses de comunicación digital para el entorno industrial (buses de
campo).
- Comentar la comunicación análoga 4-20 mA utilizada en el área industrial.
- Estudiar el DCS particular de la empresa Emerson, es decir el sistema de control
distribuido DeltaV.
- Generar la ingeniería conceptual del proyecto de diseño del laboratorio DCS.
- Generar la ingeniería de detalles del proyecto de diseño del laboratorio DCS.
- Estudio del sistema de aterrizaje del laboratorio de automatización existente en la
Facultad de Ciencias de la Ingeniería, de la Universidad Austral de Chile.
- Proponer una maqueta de pruebas que interactúe con el sistema de control distribuido.
- Proponer un programa de asignatura para el dictado de clases del laboratorio en
cuestión.
23

V.MARCO TEORICO
5.1 Historia acerca de los Sistemas de Control Distribuidos (DCS)
En términos generales, los sistemas de control distribuidos (DCS), fueron diseñados y
construidos para reemplazar a los controladores mono lazo (DDC) y a los computadores que
controlaban los procesos de una instalación industrial y que poseían un solo procesador central.
Al tiempo en que los avances en el campo de la electrónica, principalmente en el desarrollo de
los microprocesadores, fueron significativos, a mediados de la década de 1970, la empresa de
tecnología Honeywell particularmente, lanza al mercado el primer sistema de control distribuido
(1974), cuyo nombre fue TDC (Total Distributed Control).
En un principio, los primeros DCSs sólo manejaban lazos de control conformados por señales
análogas, pero con el tiempo han evolucionado para convertirse en sistemas de naturaleza
híbrida, pudiendo manejar en paralelo, señales análogas y digitales.
En particular, los DCSs están conformados por múltiples procesadores (controladores), de los
cuales, cada uno controla - valga la redundancia - una unidad de proceso de una planta, de
manera tal, que en caso de alguna falla o alguna perturbación, sólo la parte afectada queda sin
control.
Esta característica, sumadas a otras que se explican más adelante, hacen a este sistema, como
el predilecto, hoy por hoy, a la hora de elegir un sistema de control para alguna instalación
industrial, tales como una planta o fábrica de tamaño considerable (sobre 5000 sensores y/o
actuadores).
Por otro lado, cada vez se diseñan y construyen grandes plantas industriales con procesos
extensos, en términos dimensionales, y complejos de operar. A su vez, se encuentra latente, la
necesidad de instalar cada vez más sensores y actuadores, de modo que la fábrica en cuestión
se encuentre en condiciones óptimas para iniciar la operación y maneje una gran producción,
pudiendo ser más competitiva en el mercado. La confiabilidad y precisión que posee un sistema
de control distribuido, por sobre los sistemas convencionales (sistemas DDC, PLCs únicos, etc),
convierten a un sistema DCS, como la elección predilecta por ingenieros de control, para el
sistema de alguna instalación a proyectar.
24

5.2 Definición de un DCS
Por sus siglas en inglés, DCS es Distributed Control System, es decir Sistema de Control
Distribuido.
Es un sistema en el cual tanto sus elementos de adquisición de datos en terreno (sensores),
como sus elementos de actuación final (motores, válvulas), y sus componentes propios que
conforman la capa física, tales como: estaciones de operación, servidores, tramos de cables de
comunicación (cobre o fibra óptica), entre otros, no se encuentran ubicados localmente, sino
más bien, se distribuyen a lo largo de todo el sistema, en forma de poder realizar control, por
cada sub-área en que se encuentran distribuidos los controladores (“cerebro del sistema”).
Todos los componentes, se encuentran conectados a través de redes de comunicación y
monitoreo.
La topología típica de un DCS es la que se visualiza en la Figura 1. En efecto:
Figura 1 Topología típica de un DCS (fuente: Villajulca, J. (2011, 14 de Octubre). Introducción a los DCS: Sistemas de
Control [Instrumentación y Control. Net] de http://www.instrumentacionycontrol.net/cursos-libres/automatizacion/curso-
sistemas-de-control-distribuido-dcs/item/413-introduccion-a-los-dcs-sistemas-de-control-distribuido)
Más adelante se explicara cada componente, que conforma la capa física del DCS.
25

Actualmente, los DCSs se pueden ubicar en industrias de distinto índole, alguna de ellas
pueden ser:
- Plantas Químicas.
- Plantas de Pulpa y Papel.
- Minería.
- Plantas de Refinación.
5.3 Características principales de un DCS
Algunas ventajas técnicas que presentan estos sistemas, pueden ser las siguientes:
5.3.1 Flexibilidad y capacidad de expansión
Capacidad de poder escoger (etapa inicial del proyecto), o aumentar (etapas posteriores a la
partida), el número de variables de entrada, salida y del número de controladores, debido a una
amplia gama de aplicaciones expansibles y clientes específicos.
5.3.2 Mantenimiento
Las configuraciones de control e interfaces de operador deben ser fáciles de mantener y de
modificar, no solo por personal especialista.
5.3.3 Apertura
Las variables y parámetros de control son leídos y escritos desde otras funciones de control.
5.3.4 Operatividad
Funciones avanzadas de control se deben ser mostradas en las mismas ventanas de operación
y han ser leída por los operadores, sin dar ninguna confusión.
5.3.5 Portabilidad
Parte del algoritmo de control no depende del entorno de hardware y se adapta a distintas
tecnologías informáticas.
5.3.6 Rentabilidad
Las ventajas de los algoritmos de control deben quedar claro. No sólo acerca de la acción de
control, sino también acerca de las inversiones realizadas, antes y después de la
implementación del DCS.
26

5.3.7 Redundancia/Robustez
La redundancia en sistemas de control, apunta a disponer elementos/componentes adicionales
que garantizan la operación de las funciones, dentro del sistema de control frente a fallas del
mismo.
5.4 Breve descripción de los compontes (capa física), que conforman un
DCS
En la Figura 2 se ilustra los componentes funcionales típicos de un DCS los que a continuación
se describen.
5.4 1 Componentes de nivel alto
Estos corresponden principalmente a:
- Computadoras y/o HMI, se utilizan para las estaciones tanto de mantención e ingeniería
como estaciones de aplicación para la configuración del sistema, de diagnóstico y la
integración de software de terceros. Usan Sistemas operativos como Windows XP o
propios (HMI).
- Servidores en general, los cuales realizan el proceso de registro de variables en tiempo
real, proporcionan servicio cliente-servidor para hacer la conexión entre las
computadoras de trabajo de nivel superior con los controladores, y por último, servidores
dedicados a proporcionar estabilidad del sistema y concurrir ante cualquier evento a
acciones de manera de corregir y mantener en marcha el proceso. Generalmente usan
sistemas operativos como Windows Server.
- Equipos que dan robustez al sistema, es decir, la utilización de equipamiento redundante
y UPS (Uninterruptible Power Systems). Algunos ejemplos: dos redes de comunicación,
servidores back up todos conectados mediante UPSs, etc.
5.4 2 Red de Control
Generalmente corresponden a redes tipo LAN, (Local Area Network), que es capaz de
suministrar la comunicación entre los controladores y las estaciones de trabajo. Se utilizan hubs
o switches Ethernet para establecer las comunicaciones. Esta red frecuentemente es
redundante.
27

Figura 2: Componentes funcionales de un DCS (fuente: León A. (2011, 17 de Marzo). Sistemas de Control Distribuido (DCS)
de http://es.slideshare.net/alleonchile/sistemas-de-control-distribuido-dcs-7298975).
5.4 3 Controladores y Tarjetas E/S
Los controladores corresponden a dispositivos electrónicos, los cuales generan el control local y
manejan las comunicaciones entre las tarjetas E/S y la red de control. Finalmente las tarjetas,
son los componentes electrónicos, responsables de generar la interacción entre el controlador
(“cerebro del sistema”), y los equipos en terreno.
Al igual que en la red de control, esta etapa, generalmente se encuentra respaldada por UPS y
redundancia de controladores y tarjetas.
Estos componentes, corrientemente, se encuentran alojados en gabinetes eléctricos, de manera
tal, que se permita realizar las interconexiones entre equipos y dispositivos, los cuales
respaldan y logran realizar las funciones y características típicas de un sistema de control
distribuido. En la Figura 3, se muestra un gabinete integrado.
La distribución general del interior del gabinete, se conforma por cuatro grandes divisiones. A
saber: una primera parte, donde se encuentran los circuitos (ctos.), de protección,
principalmente interruptores magnetotérmicos de baja corriente de operación y luego una etapa
28

Figura 3: Gabinete eléctrico típico DCS (fuente: Celulosa Arauco y Constitución S.A., Planta Valdivia).
donde se encuentran los elementos suministradores de energía, tales como fuentes de poder.
La división más importante por la criticidad del sistema, corresponde al espacio donde se
conectan los controladores, acondicionadores de señal y tarjetas E/S. Finalmente y como etapa
final, se ubican las borneras de conexionado, que generan el “puente” entre los dispositivos de
terreno o elementos de campo y las tarjetas de E/S (se describen en punto posterior).
5.4 4 Elementos de campo (de terreno)
En los componentes finales del DCS, se encuentran los sensores y/o transmisores y actuadores
o elementos finales de control, que son los responsables de hacer interactuar el sistema de
control distribuido, con el proceso en cuestión.
Según la ISA en su estándar 5.1, de la última revisión de 1992, provee las siguientes
definiciones:
- “Sensor: corresponde a la parte de un lazo o de un instrumento que es el primero en
sensar el valor de una variable de proceso y le asume una salida o estado
correspondiente y que es a su vez es inteligible y predeterminado. El sensor puede estar
separado o integrado a otro elemento funcional del lazo. Al sensor también se le conoce
como detector o elemento primario”.
- “Transmisor: es un dispositivo que sensa una variable de proceso a través de un medio
sensor y tiene una salida, cuyo valor estacionario, varía solamente como una función
29

predeterminada de la variable de proceso. El sensor puede estar, pero no
necesariamente, integrado al transmisor.”
- “Elemento final de control: es el dispositivo que controla directamente el valor de la
variable manipulada de un lazo de control. A menudo, el elemento final de control,
corresponde a una válvula”.
5.5 Breve descripción de la interfaz gráfica y de la interfaz
ingeniería/mantención (software), de un DCS
En párrafos anteriores, se explica que una parte fundamental de la topología de un DCS,
corresponden a los servidores y a la red de control. En dichos servidores se alojan las
aplicaciones que hacen posible configurar los algoritmos y realizar el control, mediantes
estructuras digitales que interactúan con los sensores/transmisores de terreno y los elementos
finales de control. En la Figura 4, se visualiza un ejemplo típico de una estrategia o algoritmo de
control, sobre una aplicación llamada control studio para un DCS DeltaV de la empresa
Emerson (para mayores detalles ver Anexo A.1).
Además de las configuraciones relacionadas con las “lógicas” de control, estos sistemas
cuentan con interfaces de operación, en el cual el personal responsable de operar la planta y/o
fábrica, interactúa de manera directa con las variables del proceso en cuestión. Generalmente
corresponden a aplicaciones gráficas, donde los operadores pueden visualizar y mantenerse
informados de los valores y estados en que se encuentran las variables de proceso, en tiempo
real. Además en esta plataforma se configuran alarmas y mensajes pictóricos, que ayudan a los
operadores a mantenerse alerta a posibles desviaciones, que sufran las variables del proceso
ligadas a la operación.
Por otro lado, existen otros servidores, en los cuales se configuran aplicaciones especiales, que
permiten graficar y guardar variables en tiempo real; logran monitorear variables de
funcionamiento de algunos transmisores/sensores, etc.
En la Figura 5, se visualiza un despliegue de operación típico de DeltaV y la Figura 7, muestra
una gráfica en tiempo real de una variable de proceso.
En capítulos posteriores, se detallará los componentes que conforman tanto la capa física como
las aplicaciones (software), del DCS DeltaV, de Emerson.
30

En términos de comunicación, el DCS de Emerson, DeltaV, es un sistema diseñado para
trabajar en perfecta armonía con buses de campo. Es por ello la necesidad de describir, en
forma breve, la teoría de funcionamiento y los principios con que trabajan dichos protocolos de
comunicación.
Figura 4: Estrategia de control, configurada en DeltaV, Emerson (fuente: Emerson, P. (2005). Getting Started With Your
DeltaV™ Digital Automation System)
En el siguiente apartado, se describirán los protocolos de comunicación más utilizados por los
sistemas DCS, en la actualidad.
Tabla 1: Tipos frecuentes de Comunicación en un DCS (fuente: propia).
Ítem Tipo de Comunicación Tipo de Protocolo Observaciones
01 Análoga 4 – 20 mA
En rigor, no entra en la clasificación de un
bus de comunicación
02 Digital
Foundation FieldBus Bus de campo digital
Profibus DP Bus de campo digital.
Device Net
Utilizado preferentemente para el comando
y monitoreo de sistemas de dos estados
(on-off, start-stop).
31

Figura 5: Despliegue de operación en sistema DeltaV (fuente: Celulosa Arauco y Constitución, Planta Valdivia)
5.6 Sistema de Control, Distribuido (DCS), DeltaV, Emerson Proceses
Este DCS, se puede clasificar en dos grandes áreas, es decir: la capa física y los softwares de
aplicación
5.6.1 Capa física de DeltaV
DeltaV consiste de los siguientes componentes:
- Uno o más subsistemas de entrada/salida (I/O por sus siglas en inglés), que procesan la
información desde los dispositivos de campo.
- Uno o más controladores que logran realizar el control local y maneja(n) los datos y
comunicaciones entre los subsistemas de entrada/salida y la red de control.
- Fuentes de alimentación.
- Una o más estaciones de trabajo (Workstation), que provee(n) de una interfaz gráfica
para el usuario y por tanto, operar el proceso.
- Una red de control, que suministra la comunicación entre los nodos del sistema.
32

En términos gráficos, la Figura 6, ilustra los componentes mencionados.
DeltaV utiliza carros sujetadores (carriers), interconectados y montados en riel DIN y
componentes diseñados para instalarlos en un gabinete de uso eléctrico (electrical cabinet). Los
Figura 6: Componentes básicos de un Sistema DeltaV, Emerson (fuente: Emerson, P. (2005). Installing Your DeltaV Digital
Automation System V8.4)
carriers proveen de energía y comunicación a los componentes. El subsistema de
entrada/salida y los controladores son modulares y se instalan de manera simple, en forma
plug-in en los carriers. Los componentes del sistema se detallan a continuación:
5.6.1.1 Carrier para la alimentación de los controladores y carrier para la interfaces de
entrada/salida
Estos componentes son montados de forma horizontal o vertical en rieles tipo DIN. El número
que se identifica en nombre del carrier (tales como carrier de 8 de ancho para interfaces de
entrada/salida, por su nombre en inglés: 8-wide carrier I/O interface carrier), se refiere al
número de slots disponibles para la conexión del equipamiento en el mismo.
Actualmente, existen 8 tipos de carriers para el sistema DeltaV. Para el caso de estudio, sólo se
describirán dos, en efecto:
- 2-Wide Power/Controller Carrier.
- 8-Wide I/O Interface Carrier.
33

En la Figura 8, se visualiza las especificaciones técnicas de 2-Wide Power/Controller Carrier. La
Figura 9 ilustra las especificaciones de 8-Wide I/O Interface Carrier.
Figura 7: Gráficas de variables de proceso, en DeltaV, Emerson (fuente: Emerson, P. (2005). Getting Started With Your
DeltaV™ Digital Automation System)
Figura 8: Especificaciones de 2-Wide Power/Controller Carrier (fuente: Emerson, P. (2005). Installing Your DeltaV Digital
34

Además, el sistema DeltaV soporta extensores de carrier (carrier extender), para una ubicación
derecha e izquierda. El extender viene con un cable de 1.2 m. En la Figura 10, se visualiza
detalles de este componente.
Figura 9: Especificaciones de 8-Wide I/O Interface Carrier (fuente: Emerson, P. (2005). Installing Your DeltaV Digital
5.6.1.2 Bus Local (Local Bus)
Consiste en un bus interno que energiza el Power Controller Carrier, los buses asociados a los
I/O Interface Carriers y los cables de conexionados. El bus local suministra de energía al
controlador (controller), y al subsistema de entrada/salida, proveyendo de conexiones de
comunicación entre las tarjetas.
El sistema de energía de 24 VDC puede ser compartido a lo largo del bus local. Para evitar
caídas de tensión, la longitud del bus local, incluyendo el cableado no puede exceder de 6.5 m.
Con esta restricción, el bus local puede manejar ocho 8-Wide Carriers, dos 2-Wide Carriers y
tres Carrier Extenders.
Un local bus puede representarse por la Figura 11.
Para el procedimiento de cálculo de la longitud total del cable, considerar la Figura 11.
35

Figura 10: Especificaciones de Carrier Extender (fuente: Emerson, P. (2005). Installing Your DeltaV Digital Automation
System V8.4)
Figura 11: Local Bus (fuente: Emerson, P. (2005). Installing Your DeltaV Digital Automation System V8.4)
Este sistema, con carriers montados verticalmente, la longitud del bus local incluyendo todo el
cableado, es el mismo y no puede exceder de 6.5 m. el bus local a esta distancia, puede
soportar ocho 8-wide carriers, y dos cable extenders.
36

En este caso, la longitud de cada carrier es de 0.6 m. En la Tabla 2, se visualiza la forma de
cálculo de la longitud total del cable.
Figura 12: Configuración estándar de 6 carriers (fuente: propia)
5.6.1.3 Subsistemas de E/S de DeltaV
Incluyen bloques terminales de E/S (I/O Terminals Block), y tarjetas de E/S (I/O cards). Los
terminals block se ajustan sobre los I/O Interface Carriers mediante un tornillo de terminación,
para el cableado de campo. Las I/O cards se ajustan sobre los I/O terminals block en el carrier
respectivo y convierten las señales de campo en un formato digital para el control y
comunicación.
Tabla 2: Cuadro de cálculos longitud total (fuente: propia)
Longitud total al final del carrier cálculos
C6 C01+C02+1+C03+C04+2+C05+C06
En general, los subsistemas de E/S de DeltaV, soporta múltiples tipos de I/O cards incluyendo
tarjetas análogas y discretas de entrada y salida, tarjetas de entrada y salida tipo HART, tarjetas
seriales, termocuplas mV, RTD, tarjetas FieldBus H1, tarjetas Profibus DP y de DeviceNet.
Sobre 64 tarjetas de E/S, se soportan por un único subsistema de E/S.
37

Para efectos de seguridad, las tarjetas de DeltaV, también admiten redundancia de tarjetas,
ellas pueden ser:
- AI (analog input), 4-20 mA con HART.
- AO (analog output), 4-20 mA con HART.
- DI (discret input), 8-channels, 24 VDC, contacto seco.
- DO (discret output), 8-channels, 24 VDC, impedancia alta (high side).
- H1, FieldBus.
- Serial.
La capacidad de redundancia de las tarjetas, es configurada, autosensada y se le puede
realizar un upgrade.
El sistema DeltaV soporta los siguientes tipos de tarjetas: AI, 8-channels, 4-20 mA. En efecto:
- AI, 8-channels, 4-20 mA.
- AI, 8-channels, 4–20 mA, HART (2 y 4-wire).
Algunas especificaciones de AI, 8-channels, 4-20 mA, HART, se visualiza en la Figura 13
El diagrama de cableado de una tarjeta AI de 2 cables, 8-channels, 4-20 mA y una AI, 8-
channels, 4-20 mA, HART se expone en la Figura 14.
El diagrama de cableado para una AI de 4 hilos, 8-channels, 4-20 mA, HART se visualiza en
Figura 15.
El sistema DeltaV soporta los siguientes tipos de tarjetas: AO, 8-channels, 4-20 mA. En efecto:
- AO, 8-channels, 4-20 mA.
- AO, 8-channels, 4-20 mA, HART.
Algunas especificaciones de AO, 8-channels, 4-20 mA, HART, se representa en la Figura 16.
38

DeltaV soporta también, tarjetas Device Net. Algunas características de estas son las siguientes
(Figura 18).
El diagrama de cableado para una tarjeta Device Net, se ilustra en Figura 19.
El sistema también conlleva tarjetas DI, 8-channels, 24 VDC, contacto seco. Algunas
especificaciones técnicas de esta tarjeta, se pueden encontrar en la Figura 20 y su diagrama de
cableado en la Figura 21.
Referente a las tarjetas DO, 8 channels, 24 VDC, High Side, algunas especificaciones técnicas,
se pueden describir en la Figura 22 y su respectivo diagrama de cableado, en la Figura 23.
En lo que respecta a las tarjetas FieldBus, algunas de sus especificaciones técnicas se plasman
en la Figura 24 con su diagrama de cableado en la Figura 25.
Finalmente, para las tarjetas Profibus DP, especificaciones técnicas como el diagrama de
cableado, pueden consultarse en la Figura 26 y Figura 27 respectivamente.
5.6.1.4 Controlador DeltaV (DeltaV Controller)
Dispositivo que realiza el control local y maneja las comunicaciones entre los subsistemas de
E/S y la red de control. Está montado en el slot derecho del 2-wide Power Controller. Como en
la mayoría de las tarjetas de E/S, al controlador puede asignarse redundancia, instalando otro
controlador .En la Figura 28, se puede visualizar algunas especificaciones del controlador. En la
Figura 29 se describen las dimensiones del controlador.
5.6.1.5 Sistema de energía DeltaV (DeltaV System Power)
El sistema de energía en DeltaV permite fuentes de alimentación (AC/DC), fuentes de
alimentación (DC/DC), y fuentes dual (DC/DC).
• Fuente de Alimentación (AC/DC)
Una sola fuente de este tipo, es suficiente para sistemas pequeños. Esta fuente
es capaz de suministrar 1.25 A al local bus y es bastante para:
- 8 tarjetas discretas de E/S, u 8 tarjetas análogas de E/S, o 4 tarjetas seriales de E/S, o 4 tarjetas
H1 FieldBus.
39

• Cálculos de requerimientos de potencia
En esencia, el cálculo de potencia total, se realiza del punto de vista del consumo de corriente.
Para ello se debe utilizar la Tabla 3 y seguir los siguientes pasos:
Almacenar la cantidad de cada producto y multiplicar la cantidad por la corriente
requerida y así determinar:
• Los requerimientos para cada producto en un Local Bus de 12 VDC.
• Los requerimientos para cada producto en un Local Bus de 24 VDC.
• Ingresar los totales en la columna apropiada de la Tabla 3.
• Sumar todas las corrientes requeridas y obtener el subtotal de todas las
intensidades solicitadas para todos los productos, e ingresar el subtotal en la
parte final de la Tabla 3.
5.6.1.6 Estaciones de trabajo DeltaV (DeltaV Workstations)
Maquinas que proveen de interfaces gráficas para el usuario y ayudan a configurar el sistema,
logrando chequeos de diagnósticos extensivos. Permite operar también el proceso y recopilar
información y datos históricos. El identificador del sistema (DeltaV) (llave), enviado con en pack
de licencias, es un conector que se ensambla al puerto paralelo de la impresora o un Universal
Serial Bus (USB), en la estación de trabajo. Esto le da a cada sistema DeltaV una única
identificación que permite la instalar o descargar cambios al sistema.
Algunas especificaciones técnicas de estas estaciones, se visualiza en la Figura 30.
a) Especificaciones de estaciones de trabajo y servidores
• Especificaciones de tarjeta Ethernet doble canal (red primaria y secundaria)
DeltaV, utiliza una red Ethernet para crear una red de control, de dos canales, es
decir, una red primaria y otra secundaria. Todas las tarjetas de red, utilizadas en
las estaciones del sistema, deben ser 10/100 Base T.
40

• Servidores tolerantes a la falla
La tolerancia que entrega los servidores mencionados se refleja en la
redundancia del hardware principal, pertenecientes a los subsistemas
(CPU/Memory, PCI Bus, storage & power supplies). Algunas especificaciones se
visualizan en la Figura 31.
• Monitores múltiples
DeltaV, soporta como máximo 4 monitores para funcionar a la vez, y de esa
manera, poder ver de forma panorámica, el proceso. Estos monitores pueden
montarse en una orientación cuadrada u horizontal.
5.6.1.7 Sistema de Potencia Ininterrumpida (UPS)
Estos equipos respaldan, en términos de suministro energético, la red de controladores y
estaciones de trabajo. De esta manera, las UPS permite que la operación se mantenga en
servicio, aun cuando ocurra una caída del sistema eléctrico (AC).
5.6.1.8 Fuentes de poder tipo “Bulk”
Estas fuentes proveen de energía a los equipos de campo (instrumentación y actuación). En
general, estas fuentes son aisladas en la energía de alimentación y la potencia que suministra.
En la Figura 31, se describe el método de entrega de energía, de la fuente al sistema.
Existen tres tipos de fuentes tipo bulk, a saber:
- Fuente bulk AC a 24 VDC. Esta acepta de 120/230 VAC y es capaz de suministrar 24 VDC a los
dispositivos de campo. Existen formatos para montarlos en riel DIN.
- Fuente bulk AC a 12 VDC. Esta acepta de 120/230 VAC y es capaz de suministrar 12
VDC a los dispositivos de campo. Existen formatos para montarlos en riel DIN.
- Fuente bulk 24 VDC a 12 VDC. Esta acepta 24 VDC y es capaz de suministrar 12 VDC a
los dispositivos de campo. Existen formatos para montarlos en riel DIN.
En la Tabla 4, se describe algunas especificaciones técnicas de una fuente bulk AC a 24
VDC.
41

Figura 13: Especificaciones técnicas de AI, 8-channels, 4-20 mA, HART (fuente: Emerson, P. (2005). Installing Your DeltaV
Digital Automation System V8.4)
En la Tabla 5, se describe algunas especificaciones técnicas de una fuente bulk AC a 12 VDC.
En la Tabla 6, se describe algunas especificaciones técnicas de una fuente bulk 24 VDC a 12
VDC.
Figura 14: Diagrama de cableado para tarjeta AI de 2 hilos, 8-channels, 4-20 mA, HART y tarjeta AI, 8-channels, 4-20 mA,
HART (fuente: Emerson, P. (2005). Installing Your DeltaV Digital Automation System V8.4)
42

Figura 15: Diagrama de cableado para tarjeta AI de4 hilos, 8-channels, 4-20 mA, HART y tarjeta AI, 8-channels, 4-20 mA,
HART (fuente: Emerson, P. (2005). Installing Your DeltaV Digital Automation System V8.4)
Figura 16: Especificaciones técnicas de AI, 8-channels, 4-20 mA, HART (fuente: Emerson, P. (2005). Installing Your DeltaV
Figura 17: Diagrama de cableado para tarjeta AO de 8-channels, 4-20 mA, HART (fuente: Emerson, P. (2005). Installing Your
DeltaV Digital Automation System V8.4)
43

Figura 18: Especificaciones técnicas de una tarjeta Device Net (fuente: Emerson, P. (2005). Installing Your DeltaV Digital
Figura 19: Diagrama de cableado para tarjeta Device Net (fuente: Emerson, P. (2005). Installing Your DeltaV Digital
Figura 20: Especificaciones técnicas de una tarjeta DI, 8-channels, 24 VDC, dry contact (fuente: Emerson, P. (2005).
Installing Your DeltaV Digital Automation System V8.4)
Figura 21: Diagrama de cableado para tarjeta DI, 8-channels, 24 VDC, dry contact (fuente: Emerson, P. (2005). Installing
Your DeltaV Digital Automation System V8.4)
44

Figura 22: Especificaciones técnicas de una tarjeta DO, 8-channels, 24 VDC, high side (fuente: Emerson, P. (2005).
Figura 23: Diagrama de cableado para tarjeta DO, 8-channels, 24 VDC, high side (fuente: Emerson, P. (2005). Installing Your
DeltaV Digital Automation System V8.4)
Figura 24: Especificaciones técnicas de una tarjeta FieldBus (fuente: Emerson, P. (2005). Installing Your DeltaV Digital
45

Figura 25: Diagrama de cableado para tarjeta FieldBus (fuente: Emerson, P. (2005). Installing Your DeltaV Digital
Figura 26: Especificaciones técnicas de una tarjeta Profibus DP (fuente: Emerson, P. (2005). Installing Your DeltaV Digital
Figura 27: Diagrama de cableado para tarjeta Profibus DP (fuente: Emerson, P. (2005). Installing Your DeltaV Digital
46

Figura 28: Especificaciones técnicas de un controlador DeltaV (fuente: Emerson, P. (2005). Installing Your DeltaV Digital
Figura 29: Dimensiones de un controlador DeltaV (fuente: Emerson, P. (2005). Installing Your DeltaV Digital Automation
System V8.4)
Tabla 3: Tabla de cálculos de corriente, utilizando un Local Bus de 12 VDC y equipos de campo de 24 VDC (fuente:
Emerson, P. (2005). Installing Your DeltaV Digital Automation System V8.4)
47

5.6.2 Red de Control DeltaV
La red de un sistema DeltaV, corresponde a una red de área local (LAN), tipo Ethernet que
entrega comunicación entre los controladores y las estaciones de trabajo. Utiliza hubs y
switches de estándar Ethernet para lograr las conexiones de comunicación. En casos
especiales, cuando se consta de una red con más de 20 controladores y 32 nodos, puede ser
agregado a la red un switch adicional del tipo 10 Base-T / 100 Base TX.
Es importante desatacar, que la red de control está dedicada al sistema DeltaV. Una interface
de separación Ethernet es suministrada vía una estación de ingeniería especial denominada
Profesional PLUS y una estación de aplicación y de esa manera, conectar el sistema DeltaV a
la LAN de la planta. La manera primaria de conectar una LAN de la planta al sistema DeltaV, es
a través de las estaciones professional Plus y la estación de aplicación. La única forma de que
corran aplicaciones que no están relacionas a DeltaV (como por ejemplo Microsoft Excel), es a
través de la estación de aplicación.
La red de control, ha sido diseñada para ser redundante y proporcionar confiabilidad en las
comunicaciones. Esta red está compuesta por un canal primario y otro secundario y que son
implementados con una tarjeta Ethernet NIC separada así como también una red de switches y
hubs separados también, por cada canal.
Un cable del tipo CAT. 5 e, Screened Twisted Pair (ScTP) debe ser usado para la red de control
y para distancia sobre 100 m, entre los puertos Ethernet. Para distancias sobre los 2 Km, entre
los puertos Ethernet, pueden ser usados switches de montaje en gabinetes, de 19’ con una
interfaz de fibra óptica
En general, utilizar fibra óptica es preferible, cuando:
- Existe posible ruido por interferencia electromagnética y los cables estándares no
suministran una adecuada protección.
- Las tierras de aislación y protección están cerca de fuentes de iluminación.
A continuación se ilustrarán algunas especificaciones técnicas de los hubs y switches más
utilizados en el sistema.
En la
Tabla 7 se describe especificaciones técnicas de un hub de Ethernet de 8 puertos, de 10 Mbit.
48

Si el sistema DeltaV consiste solamente de una estación y un controlador, se puede conectar
configurar la red sin la necesidad de conectar algún hub. El cable debe ser ruteado
directamente de la estación al controlador. En la Figura 32 se visualiza ejemplos de redes con y
sin hubs, para 2 nodos.
En la Figura 33 se visualiza ejemplos de redes con hubs, para 8 nodos.
Para mayores detalles en lo que respecta a especificaciones técnicas del hardware, referirse al
documento N° D800001X152_Installing Your Digital Automation System.
Figura 30: Especificaciones técnicas de estación de trabajo DeltaV (fuente: Emerson, P. (2014).DeltaV Product Data Sheet,
DeltaV Workstation Hardware)
49

Figura 31: Especificaciones técnicas de servidor DeltaV (fuente: Emerson, P. (2011).DeltaV Product Data Sheet, DeltaV
Server)
Figura 31: Método de energización de un sistema DeltaV, utilizando una fuente tipo "bulk"(fuente: Emerson, P. (2005).
50

Tabla 4: Especificaciones técnicas de una fuente bulk AC a 24 VDC (fuente: Emerson, P. (2005). Installing Your DeltaV
Tabla 5: Especificaciones técnicas de una fuente bulk AC a 12 VDC (fuente: Emerson, P. (2005). Installing Your DeltaV
Tabla 6: Especificaciones técnicas de una fuente bulk 24 VDC a 12 VDC (fuente: Emerson, P. (2005). Installing Your DeltaV
51

Tabla 7: Hub Ethernet de 8 puertos (fuente: Emerson, P. (2005). Installing Your DeltaV Digital Automation System V8.4)
Tabla 8: Switch de fibra de 24 puertos (fuente: Emerson, P. (2005). Installing Your DeltaV Digital Automation System V8.4)
Tabla 9: Switch de 24 puertos (fuente: Emerson, P. (2005). Installing Your DeltaV Digital Automation System V8.4)
5.6.3 Conceptos importantes de DeltaV
Las aplicaciones de software que posee el sistema DeltaV se clasifican en:
- Aplicación para la operación de los procesos (interfaz de HMI).
- Aplicación para la generación de estructuras y lógicas de control.
- Aplicaciones para la visualización de gráficos con datos almacenados para el proceso y
la mantención.
Algunos conceptos importantes de las aplicaciones que ayuda a los usuarios a crear estructuras
de control de procesos, y poder operarlas, son los siguientes:
52

- Tecnología Plug-and-Play.
- Una librería de módulos de control reusables, que permite simplificar la configuración
inicial del sistema.
- Técnicas como Drag-and-Drop que simplifica las configuraciones y modificaciones.
- Interfaz gráfica consistente similar al ambiente de operación de Microsoft Windows.
- Ayuda en un contexto sensitivo e integrado con documentación online.
- Enfoques de hardware y software para dar seguridad e integridad al sistema.
Como terminología, las estrategias de control, son configuradas en módulos. Un módulo de
control es la entidad más pequeña de una lógica de control en un sistema. Contiene
algoritmos, condiciones, alarmas, displays, información histórica y otras características que son
definidas por el equipamiento del proceso.
Figura 32 Ejemplos de topologías de redes de control, para 2 nodos (fuente: Emerson, P. (2005). Installing Your DeltaV
53

Figura 33: Ejemplos de topologías de redes de control, para 8 nodos (fuente: Emerson, P. (2005). Installing Your DeltaV
Un algoritmo es un conjunto de pasos lógicos que define el comportamiento del módulo. En
resumen DeltaV, suministra control, equipos y unidades de módulos.
Generalmente, un módulo de control contiene una única entidad de control etiquetada, tales
como, un lazo de control de temperatura o un control de un motor con su lógica asociada.
Los módulos de equipamiento, coordinan la operación de los módulos de control y otros
módulos de equipamiento que trabajan juntos. El algoritmo para el contenido de los módulos de
equipamiento, maneja la operación de estos.
Los módulos de unidad, son conjunto de módulos, agrupados para realizar un gran control,
donde intervengan cantidades de equipos y área de procesos. Asociado a esto, también se
utilizan estas unidades, para casos, donde se necesitan asociaciones de alarmas.
Boques de función, son bloques construidos para la creación de algoritmos continuos y
discretos y de esa manera, generar un control o monitoreo del proceso en cuestión. La librería
de DeltaV, contiene plantillas de boques de función para realizar control análogo, control lógico-
discreto y relaciones de E/S, como también otras funciones básicas. Cada bloque de función
contiene parámetros que pueden ser modificados por el configurador, según la necesidad. El
54

rango de los algoritmos, va desde una simple conversión de entradas hasta complejas
estrategias de control.
Además de los bloques mencionados anteriormente, DeltaV, soporta cartas de funciones
secuenciales (SFCs), como también manejos de comando y estado, muy utilizados en
algoritmos de control de tareas que requieren estrategias de secuenciación.
Parámetros, son datos definidos por el configurador utilizados en un algoritmo de un módulo y
así lograr sus cálculos y lógicas relacionadas. Pueden ser descritos por el tipo de información
que entregan, tales como entradas y salidas. De todas maneras, un listado de tablas de
parámetros con sus propiedades, son incluidas en las ayudas de DeltaV.
DeltaV, incluye una librería de plantillas de módulos prediseñados, con características básicas.
Esta librería es flexible, en cuanto a la capacidad de poder personalizar o crear módulos propios
de manera de generar librerías que se pueden reutilizar al generar estrategias de control.
Los módulos que trabajan en forma conjunta, para poder generar control de un proceso, se
agrupan en un área. Una Área es una división lógica de una planta. Las áreas, son
representaciones típicas de una localidad de una planta o funciones de procesamiento principal.
En general el ingeniero de configuración determina, cuantas ubicaciones o áreas, divide la
planta.
Los nodos, corresponden a las piezas físicas de equipamiento o de una red de control, tales
como un controlador o una estación de trabajo. El control del proceso se lleva a cabo mediante
la descarga de los módulos en o los controladores (nodo). La configuración permite indicar al
nodo, como actuar y qué tipo de información va a recibir o grabar desde el proceso.
Etiquetas de dispositivos (Device Tags), representan los instrumentos, válvulas y otros
dispositivos de campo. Por otro lado una Señal de Etiquetas de Dispositivos (Device Signal
Tags), consiste en una señal específica del dispositivo.
Las Alarmas corresponden a señales que alertan al operador, que un evento ha ocurrido.
Razón por la cual, las alarmas son asignadas a los módulos. De forma típica, se quiere que el
operador tome alguna acción para responder a esta. Estas pueden ser configuradas en forma
visual o sonora.
55

Finalmente, la Base de Datos, contiene toda la información de la configuración y permite
realizar modificaciones en modo fuera de línea (off-line), sin afectar al proceso. En modo línea
(on-line), se monitorean los algoritmos de control, pero también las modificaciones son posibles.
En la Figura 34, se visualiza una estructura jerárquica en DeltaV.
5.6.4 Softwares de Aplicación de DeltaV
Los softwares de DeltaV, incluyen una variedad de aplicaciones que ayudan a la configuración,
operación, documentación y optimización del proceso. Las aplicaciones primarias, están
categorizadas como herramientas de ingeniería y herramientas de operación. Adicionalmente
se encuentran herramientas control avanzado, de instalación y de ayuda en línea.
5.6.4.1 Herramientas de Ingeniería
Las principales herramientas de ingeniería son: Asistente de Configuración, DeltaV Explorer,
Control Studio, Administrador de Históricos Continuos (Continuous Historian Administration),
Configurador del DeltaV Operate, User Manager, Administrador de Alarmas, Administrador de la
Base de Datos y Preferencias del Sistema.
Figura 34: Ejemplo de estructura jerárquica en DeltaV (fuente: Emerson, P. (2005). Getting Started With Your DeltaV™
El Asistente de Configuración corresponde a una herramienta que permite aprender las bases
de DeltaV.
56

El Administrador de Históricos Continuos, en una herramienta que permite manejar datos
históricos de forma continua.
El Control Studio, se utiliza para el diseño y modificar módulos individuales y plantillas
generando estrategias de control. Con esta herramienta es posible construir de forma gráfica
módulos de control mediante el arrastre (dragging), de artículos (ítems, bloques de función
principalmente), desde una paleta hacia el diagrama. Luego se “cablean” los ítems y de esa
forma se crea los algoritmos de control. Ver Figura 35.
Control Studio, soporta un rango de conceptos industriales incluyendo, bloques de funciones y
cartas de funciones secuenciales. Cabe destacar que los lenguajes utilizados en el diseño de
estas funciones, se basa en los estándares de FUNDATIONS FieldBus.
El Administrador de la Base de Datos, permite a los usuarios, que posean privilegios de
administrador, realizar tareas de mantención tales como: la creación, la eliminación, la copia y el
respaldo de la base de datos.
DeltaV Explorer, muy similar en apariencia al explorador de Windows es una aplicación que
Figura 35: Espacio de trabajo para un módulo de control en Control Studio (fuente: Emerson, P. (2005). Getting Started
With Your DeltaV™ Digital Automation System V8.4)
permite definir los componentes del sistema, tales como: áreas, nodos, módulos y alarmas,
permitiendo visualizar por completo, la estructura y lay-out de todo el sistema.
Se puede realizar varias tareas con esta aplicación, algunas de ellas:
- Crear, copiar y mover módulos.
57

- Configurar el hardware del sistema.
- Definir la prioridad y el tipo de alarma.
- Desde aquí correr aplicaciones tales como control studio y otras.
Configurador del DeltaV Operate, es una aplicación que funciona en dos modos. En modo de
configuración, se utiliza para la construcción de gráficos de procesos en tiempo real y de alta
resolución. En modo de funcionamiento (run), los operadores utilizan estos gráficos, para el
monitoreo diario del proceso, como también para realizar tareas de mantención.
En modo de configuración, de pueden incorporar imágenes escaneados de plantas, textos,
gráficos, animaciones y sonidos, relacionados con los gráficos de procesos. Una plantilla de
escritorio predefinido, simplifica el típico esfuerzo en el diseño de una pantalla de operación.
Esta aplicación utiliza menús, tipo desplegables (pull-down), herramientas de botones y
especificaciones tipos drag-and-drop, entre otras.
Finalmente, se encuentran sets de dínamos que corresponde a gráficos reutilizables, algunos
con capacidad de animación. Una ejemplo de esta se ilustra en la Figura 36.
Administrador de Alarmas, aplicación que permite visualizar y trabajar con alarmas dentro de
las áreas seleccionadas, unidades y módulos. Provee una manera eficiente de ver múltiples
alarmas, con opción de habilitación y deshabilitación, seteando a la vez límites y prioridades.
En Preferencias del sistema, aplicación que permite adaptar las herramientas de ingeniería
para ocultar las funciones que no se necesiten. Activación o desactivación de dichas funciones
hace que las aplicaciones DeltaV, tales como menús y opciones emerjan o se oculten sin añadir
o eliminar algún software de aplicación.
User Manager, permite especificar niveles de accesos para grupos o individuales. Por tanto,
define los roles de los usuarios, tales como: Administrador, Operador, Ingenieros, etc y así
otorgar privilegios acorde con la función a desempeñar. Así al momento de crear una cuenta de
usuario individual, se especifica el rol o roles que el usuario tendrá.
El estar habilitado para la creación o edición de módulos de control, un usuario necesita tener
configurado, ciertos privilegios. Lo mismo para descargar cambios en la configuración. En la
Figura 37, se muestra el área de trabajo del user manager.
58

Figura 36: Pantalla de operación típica (fuente: Emerson, P. (2005). Getting Started With Your DeltaV™ Digital Automation
System V8.4)
5.6.4.1.1 Aplicaciones de control avanzado
Las aplicaciones de control avanzado corresponden a: DeltaV Inspect, DeltaV Neural, DeltaV
Predict, DeltaV PredictPro, DeltaV SimulatePro y DeltaV Tune.
Figura 37: User manager (fuente: Emerson, P. (2005). Getting Started With Your DeltaV™ Digital Automation System V8.4)
DeltaV Inspect, provee monitoreo de procesos avanzado referente a la identificación
instantánea de lazos con bajo rendimiento. Este calcula un índice de variabilidad y así
seleccionar bloques de control o de E/S. Para todos los bloques, los estatus de entrada y lo
59

modos son monitoreados. Para los bloques de control, el rendimiento de este, como también el
límite en que se encuentra, es monitoreado.
DeltaV Neural, corresponde a un conjunto de herramientas, utilizadas en la implementación de
redes neuronales. Con esta aplicación, es posible crear sensores virtuales y así monitorear y
predecir, parámetros de procesos, que de otra manera, son costosos, complicados o por último,
imposibles de medir.
DeltaV Neural, consiste de:
- Bloques de funciones de redes neuronales (NN).
- Bloques de función para variables dinámicas (Lab Entry, LE).
- Aplicaciones neuronales.
- Dínamos de NN y LE.
- Faceplates para NN y LE.
- Pantallas de detalles para NN y LE.
DeltaV Predict, implementa modelos de control predictivo, para procesos multivariables, de
tamaño pequeño y mediano. La aplicación permite controlar procesos interactivos dentro de
limitaciones de operación y perturbaciones, ambas medibles.
DeltaV Predict, consta de:
- Bloques de función de modelo predictivo (MPC).
- Bloques de función de simulación de MPC.
- Dínamos.
- Aplicación de operación para MPC.
60

DeltaV PredictPro, implementa modelos de control predictivo, para procesos multivariables, de
tamaño extenso. Permite definir hasta 5 objetivos de control para procesos interactivos dentro
de limitaciones de operación y perturbaciones, ambas medibles. Con esta herramienta es
posible direccionar una gran variedad, de procesos multivariables, de tamaños de 40x80,
utilizando la tecnología de MPC.
Este consiste de:
- Bloques de función para control profesional de modelos predictivos (MPCPro).
- Aplicación para la simulación profesional de MPC.
- Dínamos.
- Aplicación de operación para MPCPro.
DeltaV Simulate, consiste de los siguientes productos:
- DeltaV Simulate Standalone (una sola estación).
- DeltaV Simulate Multi-Node (varias estaciones).
- DeltaV SimulatePro.
Esta es una aplicación que permite realizar desarrollos en modo off-line, como también realizar
entrenamientos a operadores. Permite configurar todas las especificaciones que DeltaV
soporta, tales como: control continuo, control avanzado, etc, sin contar con el hardware
respectivo.
DeltaV Tune, corresponde a una ventana, desde la cual se puede realizar sintonía de lazos
PID, como bloques de función para control Fuzzy. Esta herramienta identifica la dinámica del
proceso y luego aplica reglas de sintonías a los parámetros típicos de un bloque PID (ganancia,
tiempo derivativo y tiempo integrativo), o factores de escalamiento, al tratarse de lógica difusa.
61

5.6.4.2 Herramientas de Operación
En general, las herramientas de operación son utilizadas para manejar en el día-día, el proceso
en cuestión. Las herramientas primarias que tiene al alcance el operador, son: DeltaV Operate
Run, Process History View y Diagnostic.
DeltaV Operate Run, esta aplicación corre en dos modos. En modo de configuración permite la
construcción de gráficos de proceso, de alta resolución y en tiempo real. En modo de
funcionamiento (run), los operadores utilizan estos gráficos para el monitoreo diario del proceso.
Operadores interactúan con el proceso a través de la aplicación de DeltaV Operate. La calidad
de los gráficos permite tener el detalle del proceso y da flexibilidad, en la forma en que la
información es mostrada.
Por otro lado, el manejo y la presentación de las alarmas se enfocan para que, de manera
simple, el operador centre su atención en las alarmas que sólo son importantes. Asimismo,
herramientas de botones se encuentran disponibles en esta aplicación, en forma que con un
solo click el operador acceda a estas.
Process History View, permite visualizar datos históricos y en tiempo real, a través de la
comunicación desde servidores dedicados para esta función. Módulos y parámetros de nodos
son graficados y eventos asociados, son ilustrados en el mismo, en un formato tabular. Un
ejemplo, se ilustra en la Figura 38.
El uso de esta aplicación, radica al momento de pretender saber cómo ha funcionado el
proceso, en cualquier momento.
Figura 38: Típico de gráficas de señales y visualización de eventos, con el process history view (fuente: Emerson, P.
(2013). DeltaV™ Continuous Historian DeltaV Product Data Sheet)
62

Para mayores detalles, referentes a las aplicaciones de software de DeltaV referirse al
documento N° D800002X112_Getting Started With Your DeltaV Digital Automation System.
5.7 Breve descripción de algunos buses de campos, más utilizados en
DeltaV
Los sistemas de control distribuidos, son diseñados en esencia para el funcionamiento con
arquitecturas basadas en buses de campos. Si bien, la siguiente memoria, no tiene como
finalidad describir un desarrollo acabado, respecto a la teoría de sistemas de comunicación
fundamentados en buses de campo, se resumirá algunos de estos, correspondientes a los más
utilizados en DCS.
5.7.1 Definición de Bus de Campo
Un bus de campo es un sistema de transmisión de información de datos, para la comunicación
de instrumentación y maquinarias de industriales, utilizadas en procesos de producción.
El objetivo de un bus de campo es sustituir las conexiones punto a punto entre los elementos de
campo y el equipo de control a través del tradicional bucle de corriente de 4-20 mA.
Típicamente, son redes digitales, bidireccionales, multipunto, montadas sobre un bus serie, que
conectan dispositivos de campo como PLCs/DCSs, transductores, actuadores y sensores. Cada
dispositivo de campo incorpora cierta capacidad de proceso, que lo convierte en un dispositivo
inteligente, manteniendo siempre un costo bajo. Cada uno de estos elementos será capaz de
ejecutar funciones simples de diagnóstico, control o mantenimiento, así como de comunicarse
bidireccionalmente a través del bus.
5.7.2 Fieldbus
Fieldbus es un sistema de red industrial para el control distribuido en tiempo real. Corresponde
a una forma de conectar instrumentos en una planta. Fieldbus trabaja en una estructura de red
que normalmente permite la conexión en cadena (Daisy-Chain), estrella, anillo, rama, y
topologías de redes de árbol. Anteriormente, los computadores estaban conectados mediante
RS-232 (conexiones en serie), por el cual sólo dos dispositivos podían comunicarse. Esto sería
el equivalente a la utilizada actualmente 4-20 mA, esquema de comunicación que requiere que
cada dispositivo tiene su propio punto de comunicación a nivel del controlador, mientras que el
bus de campo es el equivalente de las conexiones de tipo LAN actuales, que requieren sólo un
punto de comunicación a nivel del controlador y permiten múltiples (cientos), de puntos
63

analógico y digitales para ser conectados al mismo tiempo. Esto reduce tanto la longitud del
cable requerido y el número de cables necesarios. Además, ya que los dispositivos que se
comunican a través del bus de campo requieren un microprocesador, múltiples puntos se
proporcionan típicamente por el mismo dispositivo. Algunos dispositivos de bus de campo ahora
son compatibles con los esquemas de control, como el control PID en el lado del dispositivo en
lugar de forzar el controlador para hacer el procesamiento.
Para mayores detalles, dirigirse a la página de Fieldbus Foundation.
5.7.3 Profibus
Profibus es un estándar de red de campo abierto e independiente de proveedores, donde la
interfaz de ellos permite amplia aplicación en procesos, fabricación y automatización.
En todo el mundo, los usuarios pueden ahora tener como referencia, un estándar internacional
de protocolo, cuyo desarrollo busco y aún busca la reducción de costos, flexibilidad, confianza,
orientación, posibilitar las más variadas aplicaciones, interoperabilidad y múltiples proveedores.
A nivel de actuadores/sensores, el AS-Interface es el sistema de comunicación de datos ideal,
pues las señales binarias de datos se transmiten a través de un barrido muy simple y módico,
en conjunto con la entrada de energía de 24 VDC necesaria para alimentar los sensores y
actuadores. Otra característica importante es que los datos se transmiten cíclicamente, de
manera muy eficiente y rápida.
A nivel de campo, la periferia distribuida tales como: módulos de E/S, transductores, impulsores
(drives), válvulas y paneles de operación, trabajan en sistemas de automatización a través de
sistema de comunicación en tiempo real, el PROFIBUS DP o PA. La transmisión de datos del
proceso puede efectuarse de manera cíclica, mientras que alarmas y parámetros de
diagnósticos se transmiten sólo cuando es necesario.
A nivel de la celda, los controladores programables, tal como los PLCs y los PCs, se comunican
entre ellos, necesitando que grandes paquetes de datos sean transferidos en potentes
funciones de comunicación. Además, la integración eficaz con los sistemas corporativos de
comunicación existentes, cual: Intranet, Internet e Ethernet, son absolutamente obligatorios.
Esta necesidad es lograda por los protocolos PROFIBUS FMS y PROFINet.
64

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