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Los sistemas de control de procesos sufrieron un cambio radical en el último lustro. A la necesidad de un sistema orientado a procesar la información de los instrumentos de campo para resolver, fundamentalmente, lazos PID, se incorporó adicionalmente a las necesidades de un proceso, el control rápido de señales, la maniobra discreta, seguridad, alta disponibilidad y la integración abierta a la mayor cantidad de estándares de comunicación del mercado. Este concepto más amplio del DCS da lugar al rediseño de las tecnologías clásicas. En este marco, el autómata SIMATIC S7 400 se transforma en el corazón y cerebro de un DCS moderno. En esta segunda parte de esta extensa nota, que se publica en este Newsletter, se explica el diseño apropiado para los procesos Non Stop, además de las distintas interfases de comunicación estándar que tienen los equipos.
El diseño del SIMATIC S7 400 cubre todas las necesidades que un controlador para un DCS requiere, en especial, la posibilidad de poder efectuar cualquier cambio manteniendo el sistema en RUN.
Reconfiguración en RUN: la modificación de su “programa”, esto es, la reconexión de una señal de un Chart, el agregado de un bloque o cualquier modificación al software de los algoritmos, es totalmente posible de ser efectuado con el sistema funcionando, efectuando, por supuesto, los pasos correspondientes para hacerlo con la seguridad y recaudos que cada proceso demande.
Recambio de módulos en Caliente (Hot Swapping): El S7 400 posee un diseño de Rack central armado sobre Backplane continuo, el cual le permite recambiar, desenchufar o reinsertar un módulo sin llevar el equipo a Stop; por supuesto que la CPU esta preparada para reconocer el evento de un módulo que sale o entra y operar según sea configurado (disparo de un evento de interrupción). Del mismo modo, los módulos en periferia distribuída tipo ET200M y ET200S soportan la funcionalidad Hot Swapping bajo el SIMATIC S7 400, con lo cual también los módulos distribuidos por los CCMs de la planta pueden admitir un recambio de los mismos “en caliente” y bajo tensión.
Recambio de la configuración de hardware en Run (CiR “Configuration in Run”): muy necesario para toda planta de producción continua es tener la flexibilidad de poder alterar/modificar la configuración del equipo de control sin tener que detener en ningún momento el sistema. El SIMATIC S7 400 soporta desde hace mas de 6 años la funcionalidad CiR, con lo que es posible reasignar otro módulo de periferia en reemplazo de otro que por alguna razón se quiere eliminar o para extender o ampliar la funcionalidad de un determinado puesto de señales.
Un caso típico que presenta esta necesidad es si, por ejemplo, deseamos reemplazar un módulo de 16 canales por otro de 16 con físicas distintas (por ejemplo rango de tensiones, tipo de aislamiento) porque este es el que se dispone en depósito en el momento de una falla; con la funcionalidad CiR podemos efectuar el cambio, sosteniendo la continuidad de funcionamiento sin inconvenientes.
La instrumentación distribuída también asiste a las funciones CiR; sumado a las ventajas de los nuevos perfiles de la red Profibus PA, es posible también reemplazar un determinado instrumento por otro que soporte el mismo perfil de comunicación, no solo sin necesidad de llevar el sistema a Stop, sino además, sin necesidad de reconfigurar los algoritmos de control del SIMATIC S7 400. Porque, como en todo sistema de control sobre Profibus, los algoritmos de control son independientes del instrumento que se utiliza, siendo este una mera dirección y un mapa de memoria en el SIMATIC S7 400, con lo cual los Charts configurados para la función que el instrumento ejecuta, se vuelven independientes de este.
Reemplazo del Firmware del controlador SIMATIC S7 400 manteniendo el servicio en Run: esta nueva funcionalidad integrada durante el año 2006, es una innovación notable en el diseño del SIMATIC S7 400; la posibilidad de reemplazar o actualizar el Firmware es muy importante a la hora de corregir “bugs” o detalles de diseño que al momento de liberación no se contemplaron o para extender las funcionalidades del equipo actual en el tiempo, con la incorporación de nuevas funciones; excelente caso para actualizar permanentemente el sistema sin que se vuelva obsoleto. La actualización es posible de ser efectuada incluso en forma remota accediendo desde una estación de ingeniería conectada en red con la CPU destino.
Interfases de comunicación estándar nativas para hablar con el mundo externo.
Las posibilidades de comunicación son una de las facetas mas importantes que se exigen a un controlador de procesos moderno.
Una de las más frecuentes limitaciones que se les endilga a los DCS clásicos son sus limitaciones para integrarse con sistemas modernos, dado que al momento de diseño sólo era posible garantizar su desempeño basado en los protocolos propietarios con que fueron dotados. Es por eso que la mayoría sólo aceptan integrarse con el mundo moderno por vía de protocolos muy básicos y limitados como Modbus RTU, si bien práctico, un cuello de botella para el desempeño total del control de la planta, según la opinión de muchos expertos consultados.
Siemens hizo su apuesta fuerte a Profibus hace mas de 20 años, por ser este el bus de control mas robusto, veloz (12MB/s) y determinístico de la industria; los resultados han sido completamente exitosos, siendo Profibus el bus de campo y proceso mas utilizado universalmente. La integración en forma nativa de interfases a Profibus proveyó a los sistemas de control SIMATIC de comunicación garantizada con todo tipo de sistema de control distribuido, tanto para el control y maniobra (en su perfil Profibus DP) como en instrumentación y zona Ex (Profibus PA).
La variedad de equipos aptos para comunicarse por Profibus DP garantizan al usuario una infinidad de alternativas a la hora de decidir el equipamiento de su planta; por ejemplo, no hay fabricante de variadores de frecuencia actualmente que no haya desarrollado su conectividad con Profibus.
El SIMATIC S7 400 es provisto con 2 interfases Profibus DP nativas (“on board”); ambas permiten armar redes de control distribuidas integrando al mismo tiempo posibilidades de conexión con dispositivos HMI , PCs, SCADA PCs, o Notebooks, para efectuar el comisionamiento y mantenimiento o service de toda la red y el controlador.
Para poder expandir la cantidad de maestros Profibus DP en un mismo SIMATIC S7 400, existen placas adicionales que proveen al SIMATIC S7 400 de integración de redes Profibus de muy alta performance; alta cantidad de esclavos de las mayores complejidades se pueden comunicar a cada sistema maestro formado por estas placas; dependiendo del modelo de CPU, se pueden conectar hasta 10 placas maestras DP en cada SIMATIC S7 400. Si se considera que un sistema maestro puede direccionar 125 esclavos (pudiendo ser estos Racks de I/Os, instrumentos, relés inteligentes, VDF), se pueden sacar conclusiones rápidamente de la potencia de manejo de una planta que proveen estos equipos.
Ejemplos sobran y se puede mencionar un importante fabricante global de sistemas de líneas de embotellado para la industria de la bebida, que utiliza en forma normal aproximadamente 100 VDF conectados a un solo master Profibus DP formado en un SIMATIC S400. Otro ejemplo se puede referir a plantas mineras, con la instalación de 100 CCMs inteligentes y 15 redes de instrumentación PA bajo un mismo maestro.
Como integración con redes de instrumentación, el SIMATIC S7 400 aprovecha la red Profibus DP para integrar la tecnología IEC 61784 bajo el perfil de Profibus PA; la red de instrumentación acorde a este estándar se puede instalar como continuación de la DP, mediante un link DP/PA y un acoplador o directamente al puerto de la CPU, mediante un acoplador.
Las redes Fieldbus Foundation también se pueden instalar mediante un procedimiento similar, constituyendo al SIMATIC S7 400 prácticamente en el único controlador de DCS que soporta ambos perfiles de redes de instrumentación.
El SIMATIC S7 400 como controlador central de PCS7 es provisto con su tarjeta adicional de comunicación Ethernet; de esta manera, el “bundle” así provisto, llamado AS (Automation System) resuelve todas las necesidades de comunicación básica que el equipo puede tener. Su diseño modular permite agregar mas placas Ethernet o Profibus; por ejemplo, si se requiere efectuar enlaces adicionales o redundantes.
Las placas Ethernet y Profibus permiten adicionalmente establecer el ruteo de los protocolos de comunicación; mediante una configuración apropiada efectuada en Step 7 NetPro o PCS7, se puede habilitar el traspaso de protocolos de una red de mayor jerarquía a otra. Esto se utiliza para rutear las funcionalidades de Asset Management del software PDM (Process Device Manager) utilizada para, desde una estación de ingeniería comunicada aguas arriba del controlador, vía Ethernet, llegar hasta la CPU y de esta, vía red Profibus DP, efectuar el relevamiento de cualquiera de sus dispositivos y adicionalmente ingresar en la red Profibus PA, para la puesta en servicio, monitoreo, diagnóstico y/o parametrización de cualquier instrumento en la red.
Como interfases adicionales, el SIMATIC S7 400 contiene placas de comunicaciones abiertas sobre las cuales se transmiten protocolos como Modbus RTU(Master o Slave) y que permiten convivir con equipos antiguos o sistemas cerrados.
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