Qué esperar de un DCS

Qué esperar de un DCS

Parece que la complejidad de los entornos de negocios y de la fabricación no se agota. Hay muchas variables y todas son críticas: materia prima limitada, mano de obra escasa, normas reguladoras globales y locales, márgenes estrechos, competencia agresiva, plazos reducidos y presupuestos ajustados. Ante esto, es importante pensar de qué formas lo puede ayudar el sistema de control distribuido. Además, si son desafíos actuales, de nada sirve intentar superarlos con un enfoque tradicional. Un DCS moderno lo puede ayudar de forma decisiva a lidiar con las dificultades actuales y futuras.

¿Cómo satisfacer la demanda continua de nuevas fuentes de productividad y margen de crecimiento y, al mismo tiempo, continuar usando el mismo enfoque de automatización y estrategia de sistema de control que hemos usado hace décadas?

En general, la automatización se realiza con una mezcla de distintos sistemas y herramientas, que se desarrollaron específicamente para las tareas que controlan y se basaban en los límites de la tecnología disponible al momento. La fabricación utiliza un sistema de control de procesos, otro para el control discreto y uno distinto para el control de la energía eléctrica.

Por ejemplo, las funciones específicas de alta velocidad y lógica discreta se pueden controlar con el uso de PLC exclusivos, mientras que los sistemas de control distribuido (DCS) se utilizan cuando algunos controladores y puntos de acceso deben conectarse y estar accesibles en toda la planta. En general, el área principal de proceso en una planta se automatiza con el uso de un DCS exclusivo. Casi siempre, la integración del DCS con los sistemas de automatización utilizados en el resto de la planta tiene un costo alto y exige mucha ingeniería. Al mantener varios sistemas de automatización distintos se producen tensiones en la operación y en los recursos de soporte y se restringe la flexibilidad y la capacidad de respuesta.

Por eso, es necesario un enfoque moderno que ofrezca todos los recursos básicos de un DCS para administrar los requisitos de control del proceso, pero que se base en la tecnología actual y se integre de forma simple con los otros sistemas de automatización, con las actividades de los operadores y los sistemas críticos de la empresa.

Un DCS moderno se construye con el uso de tecnologías de control en toda la planta, y las industrias ya pueden optar por implementarlo.

En la actualidad, los controles de procesos, discreto, de energía eléctrica y de seguridad ya no necesitan depender de tecnologías separadas.

Los requisitos específicos de un DCS son la capacidad de administrar miles de E/S con una arquitectura muy confiable y un rendimiento conocido, así como poseer un conjunto detallado de funciones de programación para el control de procesos. Con un DCS moderno se pueden aplicar las tecnologías comunes (como servidores, estaciones de trabajo, controladores y redes) para cumplir con estos requisitos. Estas mismas tecnologías de automatización se pueden diseñar y configurar para automatizar todas las demás funciones de control en la planta en su conjunto.

El uso de tecnologías de automatización comunes permite la integración perfecta de un DCS moderno con los sistemas comerciales y la planta de la empresa. De esta manera, hay más posibilidades de optimizar toda la fábrica. Además, el uso de tecnologías comunes reduce el costo total de propiedad de un DCS moderno y ofrece:

  • Más allá de todos los recursos esenciales esperados de un DCS tradicional, la capacidad de control y la optimización de toda la planta.
  • Modularidad y arquitecturas modulares para cumplir con los requisitos específicos.
  • Arquitecturas abiertas, protegidas y basadas en información.
  • Flexibilidad en el suministro y soporte del sistema.

 

Control y optimización de toda la planta

El control y la optimización de toda la planta ofrecen un flujo continuo de información entre todos los sistemas de automatización, que incluye el control de procesos, el discreto, el de seguridad y el de energía eléctrica. Los DCS tradicionales exigen grandes inversiones de capital para realizar la integración personalizada entre ellos y los diferentes sistemas de control que se utilizan en el resto de la planta.

Un DCS moderno utiliza la tecnología de control multidisciplinaria y escalable para ofrecer una plataforma de automatización común que integre de forma perfecta el DCS con el balance de la planta. Por ejemplo, un DCS moderno se puede comunicar de forma directa con otros controladores sin usar puentes OPC ni otras interfaces personalizadas, incluso en los bordes del sistema. Estos controladores se pueden incrementar para administrar todos los sistemas de automatización, desde los pequeños paquetes de sistemas hasta las grandes aplicaciones del proceso (consulte la ilustración).

Este enfoque ofrece una mejor productividad, reduce el consumo de energía y el costo total de propiedad.

 

Mejor productividad

La productividad es absolutamente crítica para cualquier industria y crucial para el crecimiento de la inversión. Sus objetivos se propagan en la organización en forma de cascada. Aunque este sea un factor clave desde el nivel superior hasta la planta, cada sector de la organización considera a la productividad y a la inversión que impulsa la automatización desde una perspectiva diferente.

Desde el punto de vista empresarial, la productividad se define en el contexto de obtener el retorno sobre los activos (ROA) o el retorno sobre el capital invertido (ROIC). Los encargados responsables apuntan a disminuir los costos, mejorar el flujo de caja y reducir el tiempo de desarrollo. En general, dirigen la operación para cumplir los objetivos con los sistemas de control y activos actuales y los anteriores. Para cumplir estos objetivos, Operaciones intenta mejorar el uso de los activos o la velocidad de rotación del inventario. La ingeniería se encarga de mantener a todos los activos en funcionamiento a capacidad máxima y con el mejor rendimiento. Muchas veces, debe garantizar que sus sistemas de automatización sean modulares y que se mantengan para implementarse en diferentes plantas y con equipos distintos.

Sin embargo, estos objetivos son difíciles de cumplir cuando hay sistemas de automatización antiguos o diferentes. En general, utilizar un DCS moderno para habilitar los recursos de control en toda la planta es fundamental para mejorar la productividad. Un DCS moderno puede ofrecer una mejor visibilidad en los sistemas ERP y permite impulsar la eficiencia y la productividad en todos los niveles de la organización.

 

Menor consumo de energía

El sector industrial consume más energía que cualquier otro. Este es uno de los costos más difíciles de administrar en un entorno de manufactura. La capacidad de controlarlo puede significar un ahorro importante.

La mayoría de las compañías tiene un pasivo por el costoso uso de la energía. Lo consideran como una carga o costo administrativo y como un porcentaje del costo operativo de la empresa. A lo largo de todo el proceso de fabricación, los recursos de control de toda la planta de un DCS moderno pueden ayudar a optimizar la producción y el uso del agua, aire, gas, electricidad y vapor. Estos recursos ofrecen información para ayudarlo a:

  • medir y monitorear los datos sobre el consumo de energía;
  • aprovechar la información recopilada al decidir sobre las soluciones para la gestión de la energía;
  • prever el impacto de las modificaciones en la producción por el uso de la energía;
  • automatizar la producción para lograr el uso ideal de la energía; y
  • prever y planear el consumo de energía en el costo del proceso de producción (energía en la lista de materiales).

Un DCS moderno, gracias a sus recursos de control de toda la planta, puede integrarse fácilmente con los dispositivos de control de motores, que en general consumen más del 60% de la energía en cualquier instalación industrial. Tener la capacidad de recopilar datos de estos activos críticos le permite armar una estrategia de gestión de la energía, con la que puede provocar un impacto inmediato y mensurable en la eficiencia operativa, y utilizar de forma correcta los equipos se traduce en un importante ahorro. Por ejemplo, cuanta más información tenga para accionar cargas de par variable en una aplicación o para disminuir el pico de corriente de los activos rotativos críticos, mayor será su capacidad para mejorar el consumo de energía de los equipos.

El nivel de integración alcanzado entre un DCS moderno y sus dispositivos de control de motores produce información que ayuda a crear una mayor disponibilidad en la planta y disminuye el tiempo improductivo imprevisto de la máquina, porque esto puede generar la intervención manual o automática antes del fallo como medida predictiva y preventiva.

Steelcase, el mayor proveedor de muebles para oficinas del mundo, estableció algunos objetivos agresivos para mejorar sus resultados financieros. La empresa adoptó un DCS moderno con un software de gestión de la energía para que sus calderas consuman menos y obtener una mejor visualización del consumo de energía en toda la empresa. Gracias a esto, Steelcase disminuyó el consumo de energía en un 15% y la emisión de carbono en un 25%.

 

Menor costo total de propiedad

Los fabricantes que usan un DCS moderno con los recursos de control para toda la planta ayudan a disminuir su costo total de propiedad. Si considera el costo del ciclo de vida asociado con la ingeniería, el inventario, la capacitación, el mantenimiento y la asistencia al sistema, además de las expansiones futuras, se puede obtener un ahorro importante (consulte la ilustración).

Para ilustrar un poco más el impacto de los distintos sistemas de control en el costo total de propiedad, considere lo siguiente:

  • ¿Sus sistemas de control son exclusivos y requieren la asistencia de un proveedor específico? ¿Cuánto es su costo anual?
  • ¿Cuántos proveedores necesita para la asistencia en los diferentes sistemas de control de su planta? ¿Pueden ofrecer la asistencia en el lugar y el tiempo preciso?
  • ¿Sus ingenieros, operadores y profesionales de mantenimiento necesitan capacitación en todos estos sistemas? ¿Con qué frecuencia?
  • ¿Usted posee stock/repuestos de todos sus sistemas de control? ¿Tiene repuestos para todos los equipos antiguos o fuera de línea?
  • ¿Sus diferentes sistemas se integran de forma simple con los equipos o necesita mucho tiempo y recursos?
  • ¿Puede transferir información en tiempo real con distintos sistemas en su planta? ¿De qué manera esto afecta la optimización y la productividad?
  • ¿Existen tarifas de licencia adicionales relacionadas con las futuras expansiones del sistema?

Escalable y modular

La flexibilidad operativa, el intercambio rápido de los productos y la operación simple son algunas de las ventajas de un diseño modular en la planta. Un enfoque basado en el conjunto de equipos permite que los equipos y la automatización se apliquen y se prueben antes del envío a la planta. Esto puede mejorar la uniformidad y disminuir el tiempo para lanzar un producto al mercado.

Como los DCS tradicionales se armaron durante la construcción de las plantas, estos sistemas se diseñaron de forma exclusiva y eran cerrados y no modulares. Tenían un costo mínimo elevado porque usaban servidores y redes exclusivos. Además, ofrecían una única opción de controlador, que se había ideado solo para las aplicaciones de gran porte.

Integrar los DCS en los diferentes sistemas armados en skids era, y aún es, muy caro.  En general, esta integración implica hardware y software adicional, una asignación de datos personalizados (las tablas de la verdad), una configuración duplicada de HMI y licencias adicionales. Como cada interface es personalizada, hay un riesgo mayor y un costo más elevado de los servicios.

Algunos estudios han demostrado que el costo de la integración representa, en general, entre un 50% y un 70% del costo de los equipos reales armados en skids. Aún después de la integración, el usuario final debe lidiar con la experiencia del operador dividida entre el DCS tradicional y los equipos en skid.

Por otro lado, un DCS moderno se adapta a las necesidades del usuario final actual y ofrece opciones de rango de arquitectura más amplias y mayor flexibilidad. Un DCS moderno combate el concepto de controlador "de un tamaño único”, ya que ofrece una plataforma de control escalable, que permite el control del tamaño adecuado a un costo correcto. Esto evita la compra de capacidad de control adicional, que es costosa e innecesaria. El DCS moderno ofrece también recursos escalables del sistema como HMI, gestión de lotes y recopilación de datos sin la exigencia de un servidor o de una estación de trabajo, algo ideal para los  equipos de proceso.

Como ofrece opciones de rango de montaje más amplias, este diseño es ideal para las implementaciones modulares. Al mismo tiempo, se reduce de forma drástica el costo de ingeniería porque se utilizan las mismas herramientas de programación, independientemente del tamaño del sistema o de la capacidad de E/S. Los monitores de HMI, las alarmas, la recopilación de datos y los requisitos de gestión de lotes escalables se pueden ofrecer a pequeña escala, sin una estación de trabajo ni servidor. Este sistema de automatización basado en skids también puede integrar la red del sistema de control de la planta, conectarse con la HMI de toda la planta, con el historial y con los servidores de gestión de lotes. De esta manera, se integra rápidamente a un DCS moderno.

 

Abierto, habilitado para información y seguro

El DCS no puede seguir siendo una operación aislada. A medida que las industrias se transforman para obtener más visibilidad en sus operaciones, su necesidad de establecer un flujo continuo de información, desde los dispositivos hasta el nivel corporativo, se volvió un requisito de los sistemas modernos de automatización industrial.

En general, un DCS tradicional está limitado a una única opción de servidores, estaciones de trabajo y switches de red en redes cerradas. Esto dificulta la gestión del soporte de TI y la integración a los sistemas comerciales. Muchas veces, la tecnología de TI más reciente, que incluye la computación en la nube, la telefonía celular y la virtualización, se transforma en un elemento perturbador y conflictivo en la arquitectura de un DCS tradicional. Las redes de comunicación improvisadas, que las relacionan con los otros sistemas de la planta y con toda la empresa, pueden exponer al DCS tradicional a un fallo de seguridad. Los riesgos cibernéticos de fuentes internas y externas aumentan con la facilidad de cada conexión nueva, crean amenazas capaces de paralizar el funcionamiento del sistema de control, la seguridad, la productividad y la capacidad de proteger los equipos, los activos y la información confidencial de la empresa, así como su propiedad intelectual.

Un DCS moderno se encuentra abierto a servidores comerciales y estaciones de trabajo estándar y admite la adopción de la tecnología de TI más reciente para la automatización. Al racionalizar la empresa con una infraestructura de TI común, la compañía puede minimizar los riesgos de seguridad, mejorar la disponibilidad y, al mismo tiempo, proteger a las personas, los activos y la información. El nivel de seguridad se alcanza de manera simple al invertir en los sistemas de control industrial seguros que integran el programa de seguridad patrimonial de cada corporación. El DCS moderno se ocupa de la seguridad industrial patrimonial, desde el dispositivo individual de la planta hasta el nivel corporativo. Esto contrasta con el enfoque tradicional que protege a los sistemas de la planta y de la empresa de forma separada.

El DCS moderno se diseñó según normas abiertas, como EtherNet/IP, que pueden administrar un rango de aplicaciones industriales más amplio, incluidos el proceso, la seguridad, los sistemas discretos, la energía eléctrica y el control de movimiento. Esto permite el uso de productos estándar, que se encuentran disponibles fácilmente en el mercado, porque cumplen las normas y convenciones IEEE 802.3 y TCP/UDP/IP. Además, ayuda a Operaciones y a los profesionales de TI a trabajar en conjunto en la implementación y el mantenimiento de una infraestructura de red segura, confiable y robusta dentro de una corporación y en el entorno industrial. Utilizar EtherNet/IP aumenta la flexibilidad y asegura la compatibilidad y facilidad de integración de los dispositivos en los sistemas nuevos o legados.

Al reducir la cantidad de tecnologías diferentes en la planta y ofrecer redes abiertas y protegidas, el DCS moderno facilita la desafiante tarea de integrar la planta a los sistemas corporativos, con lo que se obtiene un flujo continuo de información que se convierte en mayor visibilidad de las operaciones de la fábrica.

 

Suministro flexible y red de asistencia técnica

En general, el proveedor implementa el DCS tradicional y realiza el mantenimiento.  En algunos casos, esto produce un largo tiempo de espera para el mantenimiento y genera costos más elevados. El enfoque de DCS tradicional también exige que la planta mantenga distintos sistemas de automatización y que estos se integren de forma personalizada para que funcionen en conjunto.

El DCS moderno ofrece varias opciones disponibles para su implementación y asistencia. Las distintas rutas de integración se pueden seleccionar según el alcance del proyecto.

  • El hecho de involucrar al proveedor específico en la puesta en marcha del sistema de DCS moderno puede beneficiar a la industria. En general, esto sucede cuando un usuario de muy grande porte opta por implementar el mismo sistema en distintos lugares y en una amplia área geográfica.
  • Los pequeños fabricantes pueden seleccionar un integrador de sistemas de proceso local con el que ya hayan establecido una relación y según la disponibilidad de los recursos del lugar.
  • El usuario también puede depender del fabricante que ofrece la automatización, los equipos y el conocimiento especializado y específico.

En muchos casos, es necesario que los socios de suministros se unan para cumplir con los requisitos y el cronograma de un proyecto. El DCS moderno permite seleccionar entre una vasta red global de especialistas locales, que incluye un equipo de proveedores de DCS moderno, integradores de sistema, socios, OEM y profesionales de procesos que se ocupan del proyecto, la implementación, el mantenimiento y la asistencia.

El 83% de los clientes encuestados sobre energía y utilidades cree que la ventaja de la inversión en DCS PlantPAx se concreta en un máximo de 3 a 6 meses.

Fuente: Investigación sobre energía y utilidades realizada a 29 usuarios de Rockwell Automation - Soluciones Industriales

 

“El DCS PlantPAx nos permite reducir el costo y tener una mayor flexibilidad para realizar las modificaciones necesarias en el control de la producción o para integrar los sistemas adicionales”.

Fuente: vicepresidente de una pequeña compañía de productos químicos.

 

El 100% de los CEO encuestados de algunas empresas pequeñas cree que obtuvo una mejor visibilidad de los datos de la producción con el DCS PlantPAx.

Fuente: Investigación realizada a 10 CEO de pequeñas empresas que utilizan Soluciones Industriales de Rockwell Automation

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Automation Today

La revista Automation Today es una publicación semestral de Rockwell Automation que tiene como finalidad comunicar las tendencias y soluciones en el área de la automatización industrial.