Este documento describe los componentes principales de un sistema de control distribuido (DCS). Un DCS consta de controladores, tarjetas de entrada/salida, módulos de comunicación y software de control continuo y discreto. Los controladores ejecutan algoritmos de control y se comunican con sensores y actuadores a través de tarjetas de E/I. Los módulos de comunicación permiten la integración con buses industriales y la comunicación remota. El software usa lenguajes gráficos como diagramas de bloques funcionales para implementar lógica de control

1. Alejandro S. León O.
Alejandro.samir.leon@gmail.com
Estudiante Ingeniería Civil en electricidad - Universidad de Chile

2. Contenidos
Introducción : Definición y un poco de Historia.
Arquitectura DCS: Conceptos y esquemas generales.
Estructura Física: Componentes principales, integrabilidad,
interface y otros.
Software para DCS: Control Continuo y discreto, Control
avanzado , Control por lotes.

3. Definición DCS
DCS, del inglés Distributed Control System.
Sistema de control en que los elementos de control no están ubicados
localmente , sino que se distribuyen en todo el sistema con cada
componente o sub-sistema controlado por uno o más controladores. Todos
los componentes del sistema están conectados a través de redes de
comunicación y monitoreo.

4. ¿Donde encontrarlos?
• Entre algunas industrias se mencionan:
• Redes de energía eléctrica y plantas de generación eléctrica.
• Sistemas de control ambiental.
• Señales de tráfico.
• Procesos Mineros.
• Sistemas de tratamiento de aguas servidas.
• Plantas de refinación de aceite.
• Plantas químicas.
• Fabricación de productos farmacéuticos.
• Buques de compañía petrolera.

5. Características de un DCS
• Flexibilidad y Capacidad de expansión: Capacidad de elegir (etapa inicial) o
aumentar (etapas posteriores) el número variables de entrada, salida y del
número de controladores debido a una amplia gama de aplicaciones
expansibles y clientes específicos.
• Operaciones de Mantenimiento: Las configuraciones de control e
interfaces de operador deben ser fáciles de mantener y modificar no solo
por ingenieros profesionales.
• Apertura: las variables y parámetros de control son leídos y escritos desde
otras funciones de control.
• Operatividad: Funciones avanzadas de control se deben mostrar en las
mismas ventanas de operación y debe ser leída por los operadores sin dar
ninguna confusión.

6. Características de un DCS
• Portabilidad: Parte del algoritmo de control no depende del entorno de
hardware y debe poder adaptarse a distintas tecnologías informáticas.
• Rentabilidad: Las ventajas de los algoritmos de control debe quedar claro.
No sólo acerca de la controlabilidad, sino también acerca de las inversiones
realizadas, antes y después de la implementación del DCS.
• Robustez/Redundancia: La redundancia en sistemas de control apunta a
disponer elementos/componentes adicionales que garantizan la operación
de las funciones que cumplen dentro del sistema de control frente a fallas
del mismo.

7. Componentes Funcionales de un DCS

8. Estructura Física

9. Componentes de Nivel
Superior
• Ordenadores personales y/o HMI se utilizan para las estaciones de
mantenimiento e ingeniería y estaciones de aplicación que se utilizan para
la configuración del sistema y de diagnóstico y para la integración de
software de terceros en el sistema de control. Usan Sistemas operativos
como Windows XP o propios(HMI)
• Servidores de trabajo, los cuales realizan el proceso de registro de variables
en tiempo real, proporcionan servicio cliente-servidor para hacer la
conexión entre los ordenadores 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.
• OBS: Redundantes y Uso de UPS(preferentemente en Servidores).

10. Componentes de Nivel
Superior
• Siemens, SIMATIC PCS 7-CEMAT.

11. Componentes de Nivel
Superior
• ABB, Industrial IT System 800xA 5.0.

12. Componentes de Nivel
Superior
• Honeywell, Experion.

13. Componentes de Nivel
Superior
• Emerson, DeltaV.

14. Componentes de Nivel
Superior
• Sistemas Implementados:

15. Controladores y Tarjetas E/S
• Generalmente se tendrá:
 Fuente de Poder(Power Supply Module).
 Controlador (Controller Module).
 Módulos de Entrada/ Salida (Input/Output Modules).
 Módulos de comunicación (Communication interface Modules).

16. Controladores y Tarjetas E/S
• ¿Donde encontrarlos?
• Generalmente se ubican dentro de Racks (Gabinetes) metálicos
especificados según Normas como NEMA.
• Dentro de estos Racks es común encontrarse con los siguientes
componentes:
• Interruptores. (Circuit Breakers).
• Supresores de transiente (transient voltage suppressor or TVS).
• Bloques Terminales (Terminal Blocks).
• UPS (Uninterruptible Power Supply).
• Rail DIN (Din rail) y canaletas (Wireway).

17. Controladores y Tarjetas E/S

18. Power Supply Module
• Provee de energía eléctrica a los módulos conectados a través del LocalBus.
• Generalmente se presenta como un adaptador AC/DC (220 ó 110 [VAC]/ 24[VDC])

19. Power Supply Module
• A modo de Ejemplo: Bulk Ac to 24 VDC Power Supply , DeltaV

20. Controlador
• Es el módulo principal de procesamiento, en este módulo se procesan todos
los algoritmos de control implementados y descargados en su memoria,
además es el encargado de la lectura y escritura de variables de entrada y
salida en los módulos conectados al localBus (Tarjetas E/S y módulos de
comunicación). Estos sistemas están diseñados para permitir la modificación
y creación de algoritmos de control en tiempo real.
• Así como también permite realizar respaldo de aplicaciones criticas en
tiempo real (Hot Backup).

21. Controlador
CEE y ACE Enviroment
• Las tareas se ejecutan definiendo el tiempo de loops. A diferencia de los PLC
que lo con tiempos relacionados a la extensión del programa.
• Permiten la ejecución de Tareas simultaneas.
• La ejecución permite llamar a subrutinas, Rutinas especiales en caso de
fallas y/o eventos predeterminados.

22. Controlador
• EJ: AC 800M Control And I/O

23. Controlador
• Ejemplos: ABB: AC 800M Control And I/O.

24. Controlador
• Ejemplos: Emerson: DeltaV
• “Electronic Marshalling”, en español, serialización electrónica, cada bloque de
terminales tiene un módulo de caracterización del canal único, o CHARM, lo que
permite el cableado de campo de cualquier tipo de señal en cualquier lugar
(terminación).

25. Controlador
• Ejemplos: Honeywell- C200 Controller

26. Módulos E/S
• Permiten la comunicación con sensores y actuadores.
• Los módulos más comunes son:
• Entradas análogas aisladas (analog input isolated) 1-5 volt DC, 4-20mA.
• Salidas análogas (analog output) 4-20mA.
• RTD aislados y entradas de termocuplas.
• Entradas Discretas (Discrete input) 24 VDC, 120/230 VAC.
• Salidas Discretas (Discrete output) 24 VDC, 120/230 VAC.
• Contador de pulsos de Entrada.
• Salidas de pulsos de tiempo variable.

27. Sensores y Actuadores.
• Finalmente dentro de los niveles jerárquicos en los DCS se encuentran los
componentes de adquisición de medidas, sensores y transmisores, así como
también actuadores. Entre ellos se pueden mencionar:
• Sensores:
• Sensores de Nivel, de temperatura, de pH, de Presión, de densidad, de flujo, entre
otros.
• Actuadores:
• Válvulas, Partidores suaves, Indicadores análogos, Variadores de frecuencia.

28. Módulos de Comunicación e
integración con Buses
• La adaptación a los estándares IEC1158-2 por la mayor parte de los
fabricantes de DCS marcó el comienzo de la nueva generación de sistemas y
productos de automatización de control. Basado en este estándar, las
capacidades de los buses de cambo son integrados a los sistemas DCS para
proveer:
• Reducir el cableado y los costos de instalación.
• Proveer de un mayor flujo de información para permitir realizar ingeniería de
automatización, mantenimiento y funciones de apoyo.

29. Módulos de Comunicación e
integración con Buses
• Los Protocolos soportados en estos módulos pueden ser:
• Hart AI-Card and AO-Card.
• DeviceNet (baund rate 125, 250,500 Kbit/sec).*
• FOUNDATION Fieldbus.
• AS-Interface.*
• Profibus DP Baud rate (9.6-19.2-93.75-187.5-500-1500 Kbit/sec).*
• Profibus PA.
• Serial Interface(Modbus or Allen Bradley’s Data Highway Plus Protocol).
• Otros (Ej: Nativos).

30. Módulos de Comunicación e
integración con Buses
• Las redes de buses de campo están diseñadas para proporcionar comunicaciones
bidireccionales entre los sensores "inteligentes" o elementos finales y un sistema de
control.
• Un lenguaje descriptivo de dispositivos electrónicos (EDD) ha sido definido por
estándar IEC 61804 que permite al DCS utilizar dispositivos basados en diferentes
tecnologías y plataformas.
Profibus DP
Module

31. Integración con Buses Nativos
• INTERBUS (Phoenix Contact GmbH & Co).
• The master-slave system INTERBUS allows for a maximum of 512 devices to be
connected. The ring is automatically closed by the last device.
• Active ring
• Master slave, fixed telegram length, deterministic ring; every remote bus device is a repeater
• Transmission rate: 500 Kbit/s
• Max. 4096 I/O points
• Length of bus: 400 m (between two remote bus devices) total length 13 km

32. Integración con Buses Nativos
• ModuleBus (ABB)

33. Módulos de Comunicación e
integración con Wireless
• Para algunas aplicaciones, tales como maquinaria de rotación, conseguir mediciones
puede ser difícil. En otras aplicaciones, como monitoreo de equipos y procesos,
tecnología inalámbrica proporciona una forma totalmente nueva de interactuar con el
proceso.
• Desventaja:
• Posibles desconexiones indeseadas debido a condiciones externas

34. Módulos de Comunicación e Interface
con Subsistemas (MODBUS)
• MODBUS es un método popular para mover los valores de datos entre sistemas. Se
trata de un protocolo de mensajería en la capa de aplicación, que establece la
comunicación cliente / servidor entre dispositivos conectados en diferentes tipos de
buses o redes.

35. Interface con otras aplicaciones
(OPC Foundation).
• “OPC Foundation (Object Linking and Embedding for Process Control Foundation)”.
• El estándar OPC fue creado a través de un esfuerzo de colaboración de los principales
proveedores de automatización y Microsoft. La especificación define un conjunto
estándar de objetos, interfaces y métodos que faciliten la interoperabilidad entre
sistemas.
• En una arquitectura Cliente OPC/ Servidor OPC, el Servidor OPC es el esclavo mientras
que el Cliente OPC es el maestro. Las comunicaciones entre el Cliente OPC y el
Servidor OPC son bidireccionales, lo que significa que los Clientes pueden leer y
escribir en los dispositivos a través del Servidor OPC.

36. Interface con otras aplicaciones
(OPC Foundation).
• Aplicaciones tales como MATLAB ofrece compatibilidad con OPC. Usando OPC, una
aplicación puede acceder a datos en tiempo real, alarmas y eventos, además de datos
históricos.

37. Acceso Remoto a DCS.
• Los sistemas modernos de DCS están diseñados para proporcionar el acceso de la
información de toda la planta DCS en tiempo real. Para proporcionar una interfaz
abierta, esta capacidad se basa típicamente en las normas internacionales y la
industria. En la mayoría de los casos, estos consistirán en el uso de:
• Capa Física de Comunicación Ethernet.
• Sistemas operativos modernos, como Microsoft. Net Framework, para
proporcionar intercambio de datos XML y soporte para la prestación “Terminal
Server”.
• OPC Foundation.
• Wi-Fi de acceso inalámbrico para acceso a datos de la operación.
• Tecnología de comunicación por microondas, Ej: SIC.
• Uso de las redes móviles GPRS y 3G. para envío de alertas y eventos.
• Uso de las redes de internet de alta velocidad con Conexiones dedicadas.

38. Acceso Remoto a DCS.
S/E Ancoa, SIC, CHILE.
Antena
Microondas

39. Software DCS: Control continuo y discreto.
• Con la introducción de la norma IEC 61131-3 en los años 90’s, la mayoría de los
fabricantes comenzaron a ofrecer soporte general para implementación de control
gráfico. La IEC 61131-3 define cuatro lenguajes de control para su uso en el control de
procesos y automatización de las áreas de fabricación. Tres de estas lenguas se basa
en una representación gráfica del control.
Literales:
 Lista de instrucciones (IL).
 Texto estructurado (ST).
Gráficos:
 Diagrama de bloques funcionales (FBD).
 Sequential Function Chart
 Diagrama de contactos (LD).
El manejo de Variables se realiza utilizando TAGs, estas etiquetas definen en forma
precisa la entrada o salida de un puerto de una tarjeta I/O ó define una variable interna.

40. Software DCS: Control continuo y discreto.
Diagrama de bloques funcionales (FBD).
Permite representar mediante bloques reutilizables el control continuo y discreto.

41. Software DCS: Control continuo y discreto.
Sequential Function Chart –
Apoya la definición de cálculo y control donde se realiza la evaluación lógica de una
manera secuencial y puede seguir caminos diferentes en función de las condiciones de
funcionamiento.

42. Software DCS: Control continuo y discreto.
Ladder Diagram
Permite lógica discreta que se implementa como contactos, bobinas y bloques. Estas
implementaciones se han utilizado principalmente para la aplicación del control discreto
y dispositivo de seguridad asociados a aplicaciones tales como control de motores.

43. Software DCS: Control Avanzado.
• Los recientes avances en el poder de procesamiento disponible dentro de un sistema
de control permiten la capacidad de incorporar control avanzado en el sistema de
control. Estos controles integrados avanzados son:
• Autoajuste del lazo.
• Control de Lógica Difusa.
• Modelos de control Multivariable (MIMO) predictivo.
• Redes neuronales.

44. Software DCS: Interface con Operador.
• Las aplicaciones de interfaz con operador, que se pueden ejecutar en una o más
estaciones de trabajo del operador, reciben los datos de la aplicación de controlador a
través de la red de control y muestra estos datos al usuario del sistema.
• Estas pantallas son generalmente preconfiguradas para mostrar, de maneras
amigables, la información o los datos recibidos de los módulos de control o
dispositivos dentro de la planta de proceso.

45. Software DCS: Interface con Operador.

46. Software DCS: Interface con Operador.
• Presentación Software DeltaV

47. ¿Preguntas?

48. Gracias por su atención