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Actividad: Realizar un resumen de la siguiente información 
 
Sistemas de control Distribuido 
 
 Un concepto un poco antiguo llamado DDC (Direct Digital Control), los DCS se 
impusieron a esto 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 falla en el hardware o software en una única 
computadora. 
Los controles distribuidos están destinados a solucionar esta preocupación 
teniendo múltiples computadores, 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 había la preocupación 
de tener todos los lazos en un solo computador. La distribución de los 
computadores o controladores 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 está enlazando a los 
controladores, representando una drástica reducción de cablead necesario. 
Además, el control distribuido introdujo el concepto de REDUNDANCIA en los 
sistemas de control industrial: 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. 
En la siguiente figuro se muestra una arquitectura típica de un Sistema de 
Control Distribuido (DCS): 
 
 
 
Cada rack contiene un procesador para implementar todas las funciones de 
control necesarias, con tarjetas individuales de entrada y salida (I/O) para 
convertir las señales de analógicas a digitales o vice-versa. La redundancia de 
procesadores, redundancia de cables de red, e incluso redundancia de 
tarjetas I/O es implementada para prevenir la falla en algún componente. Los 
procesadores de los DCS son usualmente programados para realizar una rutina 
de auto-revisión en sus componentes redundantes del sistema para asegurar la 
disponibilidad de los equipos spare en caso de alguna falla. 
Si incluso hubiera una talla total en uno de los racks de control, solo los lazos PID 
de este único rack serán afectados, ningún otro lazo del sistema. Por otro lado, 
si los cables de red fallan, solo el flujo de información entre estos dos puntos se 
dañaría, el resto del sistema continua comunicando la información 
normalmente. Por lo tanto, una de las "leyes" o características clave de un DCS 
es su tolerancia a fallas serias: sin importar la falla de hardware o software el 
impacto en el control del proceso es minimizado por el diseño. 
Algunos sistemas de control distribuido son: 
- ABB : 800xA 
- Emerson: DeltaV y Ovation 
- Invensys Foxboro: I/A Series e InFusion 
- Honeywell: Experion PKS 
- Yokogawa: CENTUM VP y CENTUM CS 
 
En la siguiente figura se muestra un rack o gabinete del DCS I/A Series de 
Invensys Foxboro 
 
 
 
 
Fotografía del Emerson DeltaV DCS con un procesador y múltiples I/Os: 
 
 
 
Fotografía de un DCS Emerson Ovation se muestra a continuación empotrado 
en un gabinete vertical: 
 
 
 
Varios DCS modernos como el I/A Series de Invensys Foxboro usan 
computadores de terceros en vez de sus propias marcas como Estaciones de 
Operación. Esto aprovecha las tecnologías existentes en computadores de 
trabajos y las pantallas sin sacrificar la fiabilidad del control (ya que el hardware 
y software de control siguen siendo de tipo industrial). 
 
Los PLC (Controladores Lógicos Programables) están teniendo más 
protagonismo en el control PID debido a su alta velocidad, funcionalidad y 
costo relativamente bajo. Ahora es posible con los PLC modernos en hardware 
y red construir una "copia" de un sistema de control distribuido como PLC 
individuales como nodos, y con construir la redundancia con estos nodos y no 
afectar la operación de controles críticos. Además, estos sistemas se pueden 
comprar a un costo muy bajo respecto al costo inicial de un DCS. 
Sin embargo, lo que actualmente le falta a los PLC es el mismo nivel de 
integración de hardware y software necesaria para construir sistemas de control 
distribuido funcionales, es decir como realmente viene de fábrica los DCS hoy 
en día: listos para usar y con sistemas pre construidos. En otras palabras, si una 
empresa elige construir su propio DCS usando controladores lógicos 
programables, ellos deberán estar preparados para HACER y GASTAR bastantes 
horas de trabajo en programación para tratar de emular el mismo nivel de 
funcionalidad y potencia de un pre-configurado y pre-desarrollado DCS. 
Cualquier ingeniero o técnico que ha experimentado la potencia de los DCS 
modernos (con auto diagnóstico, administración de instrumentos inteligentes, 
auditoria de eventos, control avanzado, redundancia, recolección y análisis de 
datos, administración de alarmas, etc.) se dará cuenta que estas características 
no son para NADA fáciles de implementar para algún ingeniero. 
 
Integración y Conectividad de Sistemas DCS: consideraciones y criterios 
Hoy en día podemos conectar en una Laptop o una handheld wireless y uno 
puede acceder a toda la información, pantallas e inteligencia que existe en 
cualquier red DCS. Esta capacidad, en combinación con capacidades de 
auto-sintonización y características de optimización, realizar arranques fáciles y 
operación mucho más eficiente, entre otras más. 
El entrenamiento para operadores para el arranque de una planta o start-up, 
operación y parada también se puede simplificar gracias a las capacidades 
de los simuladores de procesos. Si el modelo de simulación integra al proceso 
en si y su sistema de control, entonces se puede entrenar a operadores sin el 
riesgo de errores en el proceso de aprendizaje mientras que la planta está 
corriendo, en conclusión, todos beneficiados. 
En este articulo hablaremos de las consideraciones que debemos tener para 
integrar sistemas DCS en plantas nuevas y/o existentes. 
 
Conectividad e Integración 
 
En el presente, cerca del 80% de toda la producción industrial aun continua 
siendo controlada por sistemas análogos, pero los sistemas modernos de control 
instalados en plantas nuevas tienen capacidades de inteligencia y auto 
diagnóstico de los instrumentos de campo (sensores, válvulas, motores, 
dispositivos de seguridad) , un numero de buses de red o “data highways”, los 
cuales sirven para integrar estos dispositivos de campo con los Workstations del 
DCS (sirviendo para el control / operación, ingeniería, históricos, 
mantenimiento), además de la red de la planta sirviendo para funciones de 
planeamiento y negocio, y sin olvidar PC externos para el modelamiento del 
proceso y funciones de simulación. 
 
 
 
La tendencia parece ser que HART (hoy por hoy) tomaría como estándar de 
interfaz para sistemas analógicos. Un protocolo es un lenguaje que los 
computadores hablan, si dos cajas negras (equipos) en una refinería no hablan 
el mismo lenguaje, las consecuencias pueden ser serias. Para evitar esto a pesar 
de que cada fabricante quiere hacer prevalecer un protocolo propietario, el 
IEC (International Electrotechnical Commission) ha estandarizado ocho 
protocolos que se listan a continuación: 
 
 
 
Aunque no hay un protocolo de bus de campo común en los DCS, todos 
convergen y usan Ethernet en la capa física y TCP/IP como capa de transporte. 
Generalmente MODBUS TCP es usado como interfaceentre los diferentes 
protocolos de DCS. 
 
Organizando un Proyecto 
 
Integracion de la Instrumentación de Campo: en una planta nueva, el primer 
paso debería ser especificar todos los sensores, transmisores, válvulas de control, 
actuadores, posicionadores, controladores locales, motores, válvulas 
solenoides, y cualquier otro equipamiento de campo que necesita comunicar 
información o recibir comandos desde el sistema DCS sobre las redes. 
Cuando el proyecto consiste en una modificación de una planta existente, 
todas las interfaces entre las instalaciones existentes y nuevas deben ser 
especificadas (dibujo). Existen tres tipos de interfaces que son el Object Linking 
Embedding (OLE) ó OPC,gateway serial-to-highway (de baja velocidad a alta 
velocidad) y serial-to-serial (enlace entre protocolos de baja velocidad). Dado 
que los transmisores digitales, analizadores inteligentes, actuadores digitales, y 
arrancadores de motores utilizan una amplia variedad de protocolos de 
comunicación, los fabricantes proveen tarjetas de interfaz para los protocolos 
estandarizados. Estos protocolos estandarizados son HART, DeviceNet, 
Foundation Fieldbus, AS-Interface, ProfiBus, Modbus, o AB’s Data Highway Plus. 
Esta integración no es tan simple como uno podría pensar, porque no hay una 
estandarización internacional y algunos dispositivos de campo inteligentes son 
propietarios. 
 
 
 
Integración segura: el segundo paso es especificar los requerimientos de la red 
en términos de las necesidades de la capa física redundante y también en 
términos del número y tipo de niveles de red requeridos. Hasta aquí, donde el 
sistema instrumentado de seguridad (SIS) ya está definido para la planta y 
donde está decidido si el SIS y el sistema de control están separados, entonces 
debemos definir el tipo de interfaz de integración a usar. Aunque si el sistema 
de seguridad y control no están separados, debemos tomar decisiones de 
priorizar lógica, redundancia, cableado, etc. 
 
 
 
 
Algunos fabricantes proveen redundancia implementando dos de cada 
componente de un sistema estándar; otros proveen redundancia solo para 
algunos componentes como fuentes de alimentación, red, controladores 
remotos, etc. Y con la redundancia hay diferentes métodos de realizar el 
swithover (cambio en caso de falla) el cual puede ser automático o manual. 
Integración del Mantenimiento y Simulación: el tercer paso es especificar los 
requerimientos de la interfaz entre los sistemas de control y mantenimiento y 
decidir las herramientas de optimización, simulación, entrenamiento y 
comisionamiento que serán usadas y además necesarias para integrarse dentro 
de todo el paquete de automatización de la planta. 
Respecto a la simulación del proceso, existen mucha variedad de paquetes de 
software de modelación del proceso y estos podrían residir en una PC 
separada. Importante es que estos software tengan acceso al bus de 
comunicación de control para acceder a la información sin interrumpir las 
funciones de control. 
 
 
 
Integración de la Red y Bus: el cuarto paso es seleccionar la red a usar. Profibus 
y Foundation FieldBus es soportado por Siemens, Endress & Hauser, Yokogawa, 
Rosemount, Invensys, ABB, Emerson, Honeywell (otros más también). La mayoría 
de fabricantes de DCS aceptan el estándar de buses de campo IEC1158-2 para 
integrar sus sistemas, además el estándar IEC-61804 especifica los bloques de 
funciones para interfaces entre tecnologías, mientras que en otros casos puede 
ser integrados mediante bloques “proxy” los cuales mapean la data desde un 
sistema a otro (data de control o monitoreo y además diagnósticos, 
mantenimiento y seguridad). La interfaz MODBUS puede ser utilizada para 
integrar DCS existentes con los nuevos. 
En este cuarto paso el usuario debe evaluar la mejor opción para los 
requerimientos de los tres pasos anteriores. Aqui una tabla con características 
de los principales buses de campo: 
 
 
 
Seleccionando el fabricante DCS: el quinto y último paso de este proceso de 
diseño de un sistema de control para una planta es enviar todo el “paquete” 
para recibir las respectivas propuestas. Solo los fabricantes de DCS que suportan 
la red seleccionada deberían ser invitados para cotizar. En las especificaciones 
es importante listar todos los dispositivos de campo inteligentes y sistemas 
externos que deben ser integrados dentro del sistema de control en general. En 
esta propuesta se debería requerir al fabricante de DCS incluir todo lo 
necesario, tanto en términos de hardware y software para integrar dispositivos 
externos y sistemas dentro de todo el sistema de control. De igual manera, es 
esencial especificar que paquetes de software (herramientas de control 
avanzado, mantenimiento, gráficos, simulación, entrenamiento etc.) están 
incluidos en la propuesta. 
 
En términos de requerimientos gráficos, el paquete de software debería estar 
acorde con el estándar IEC61131-3. Además de la lista de pantallas (gráficos, 
detalles, faceplates, resumen de alarmas y eventos, tendencias, sintonización, 
diagnostico, reportes, etc.) los cuales el proveedor de DCS es responsable de 
entregar, así como los estándares de construcción de los mismos. 
La especificación debe también contener las responsabilidades y obligaciones 
entre el usuario, la firma de ingeniería, el integrador de sistemas, y el proveedor 
de DCS para control avanzado, grafico, simulación, entrenamiento y 
condicionamiento. Con relación de la puesta en marcha, las responsabilidades 
deben ser bien específicas en relación con la capacitación, compras, pruebas 
de Instrumentación y buses de campo, sistema de seguridad, pruebas de 
control avanzado, puesta en marcha y sintonización de controladores. 
Probablemente, si las recomendaciones de arriba son tomadas en cuenta, los 
costos extras y demoras serán minimizadas. Y con esto reducir demoras en las 
implementaciones, problemas en la puesta en marcha y seguridad. 
 
EL futuro: 
Tomará al menos un par de décadas, eso espero, para que las redes 
propietarias desaparezcan y solo haya una única red de comunicación 
industrial estándar. Espero que el tiempo en que todos los dispositivos se puedan 
conectar a cualquier red y que todo software pueda ser embebido dentro de 
cualquier sistema DCS este próximo. 
La tendencia, como paso con la PC y el internet, es la estandarización global y 
que cualquier paquete de software puede ser instalado en cualquier 
computador. Lo que se necesita para lograr esta estandarización global en el 
campo del control de procesos es una presión comercial por parte de los 
usuarios. Las sociedades de profesionales y grupos jugaran un papel importante 
en la aceleración de este proceso. 
 
Sistema de control distribuido 
Un Sistema de Control Distribuido o SCD, más conocido por sus siglas en inglés 
DCS (Distributed Control System), es un sistema de control aplicado a procesos 
industriales complejos en las grandes industrias como petroquímicas, papeleras, 
metalúrgicas, centrales de generación, plantas de tratamiento de aguas, 
incineradoras o la industria farmacéutica. Los primeros DCS datan de 1975 y 
controlaban procesos de hasta 5000 señales. Las capacidades actuales de un 
DCS pueden llegar hasta las 250.000 señales. 
Características 
Los DCS trabajan con una sola Base de Datos integrada para todas las señales, 
variables, objetos gráficos, alarmas y eventos del sistema. En los DCS la 
herramienta de ingeniería para programar el sistema es sólo una y opera de 
forma centralizada para desarrollar la lógica de sus controladores o los objetos 
gráficos de la monitorización. Desde este puesto de ingeniería se cargan los 
programas de forma transparente a los equipos del sistema. 
La plataforma de programación es multi-usuario de forma que varios 
programadores pueden trabajar simultáneamente sobre el sistema de forma 
segurasin conflictos de versiones. Todos los equipos del sistema (ordenadores, 
servidores, controladores) están sincronizados contra un mismo reloj patrón, de 
forma que todas las medidas, alarmas y eventos tienen una misma marca de 
tiempo.El software de control DCS dispone de herramientas para la gestión de 
la información de planta, integrándola verticalmente hacia la cadena de toma 
de decisiones y otros sistemas ubicados más arriba en la jerarquía de la 
producción. 
 
Niveles de control en un DCS 
Un DCS aborda la complejidad de los procesos industriales dividiendo en cuatro 
niveles funcionales su alcance. 
Nivel de Operación. Este nivel es el de interacción del sistema con los 
operadores de la planta y es donde se encuentran los sistemas informáticos 
para la monitorización del proceso y adquisición de la información en tiempo 
real, que se almacena en la base de datos transformándola en datos históricos 
para análisis posteriores. Este nivel gestiona además el intercambio de 
información con otros sistemas de mantenimiento y planificación de la 
producción. 
Nivel de control. En un DCS la responsabilidad del control de las diferentes 
partes funcionales del proceso, se asignan a varios controladores locales 
distribuidos por la instalación, en lugar de centralizar estas funciones en un solo 
punto. Los controladores están conectados entre sí y con las estaciones de 
operación mediante redes de comunicación. 
Nivel módulos de Entrada/Salida. Los módulos de entradas/salidas para señales 
cableadas, se distribuyen por la instalación, es lo que se denomina "periferia 
descentralizada", esto ahorra tiradas de cables de señal aproximando la 
electrónica del control hasta los elementos de campo. Estos módulos de 
entrada/salida se comunican con los controladores mediante protocolos 
específicos o de bus de campo (en inglés "fieldbus") para garantizar los tiempos 
de comunicación entre controlador y periferia en unos tiempos mínimos, del 
orden de milisegundos, adecuados a las necesidades del proceso. El bus de 
campo más extendido en Europa es el Profibus (tanto en sus variantes DP como 
PA) y en los países de influencia americana es el Fieldbus Foundation o FF. 
 
Nivel de elementos de campo. Desde el año 2000, ha ido creciendo la 
necesidad de integrar directamente los instrumentos y los actuadores en los 
buses de campo del SCD, de forma que estos equipos son en realidad una 
extensión natural del nivel anterior. Estos equipos permiten funcionalidades 
adicionales como gestionar su mantenimiento o configurar sus parámetros de 
comportamiento de forma remota desde el nivel de operación. Los 
instrumentos de este nivel deben ser compatibles con el bus de campo elegido, 
ya sea Profibus, Fieldbus Foundation u otro. También existe la posibilidad de 
integrar instrumentos con protocolo HART como alternativa al bus de campo. 
Redundancia 
Todo DCS lleva implícitas las características de robustez y fiabilidad, por ello 
dispone de redundancia en todos los niveles antes descritos: equipos 
informáticos redundantes, controladores redundantes, redes de comunicación 
y buses redundantes, módulos de entrada/salida redundantes y así 
sucesivamente. Esta redundancia permiten alcanzar un factor de disponibilidad 
cercanos al 99,9999% , muy superior a los sistemas de control convencionales. 
También este dispositivo nos va a permitir comunicar a grandes distancias sin 
que la señal sea dañada por el ruido o algún otro elemento.