Acerca de los tres principales sistemas de control industrial PLC, DCS, FCS, debes comprenderlos

Con el rápido desarrollo de la tecnología industrial, han surgido sucesivamente sistemas de control distribuido y sistemas de control de campo. En el control de procesos industriales, los tres sistemas de control principales son PLC, DCS y FCS. Algunas personas creen que FCS evolucionó a partir de PLC, mientras que otras piensan que FCS evolucionó a partir de DCS. Existe una estrecha relación entre FCS, PLC y DCS, pero también existen algunas diferencias.

El PLC, sistema electrónico de computación digital diseñado para aplicaciones industriales, utiliza memoria programable para almacenar programas, ejecutar operaciones lógicas, control de secuencias, cronometraje, conteo, operaciones aritméticas e instrucciones orientadas al usuario. Controla diversos tipos de maquinaria o procesos de producción a través de entradas o salidas digitales o analógicas.

El DCS, o sistema de control distribuido, se desarrolló rápidamente a mediados de la década de 1970 y combina tecnología de control, tecnología informática, tecnología de visualización de imágenes y tecnología de comunicación. También conocido como tecnología 4C, permite la supervisión, el control y la gestión de los procesos de producción. El DCS rompe las limitaciones de las funciones de los instrumentos de control convencionales y aborda los peligros de los primeros sistemas informáticos con funciones de información, gestión y control demasiado centralizadas.

FCS, Fieldbus Control System, se centra en protocolos de bus, con dispositivos de campo inteligentes digitales como base, descentralizando esencialmente el procesamiento de la información.

Las características clave de un gran sistema de control de procesos basado en PLC incluyen:

1. Estructura jerárquica donde el PLC puede funcionar como un DCS independiente o como un subsistema de un DCS.
2. Control PID en la estación de control para diversas funcionalidades como el control PID continuo.
3. Uso de una única PC como estación maestra con varios PLC similares como estaciones esclavas o formando una red de PLC.
4. Se utiliza principalmente para control secuencial en automatización industrial, y los PLC más nuevos incorporan funcionalidad de control de circuito cerrado.

Las características clave de un sistema de control DCS incluyen:

1. Estructura del sistema en forma de árbol jerárquico donde la comunicación es crucial.
2. Control PID en el controlador, vinculando computadoras con instrumentos de campo.
3. Utiliza una estructura de enlace continuo en forma de árbol y paralelo, con numerosos cables que van desde las estaciones de retransmisión hasta los instrumentos de campo.
4. Los sistemas de señales incluyen señales tanto digitales como analógicas.
5. Generalmente consta de una capa de instrumento de campo, una capa de unidad de dispositivo de control, una capa de fábrica (taller) y una capa de gestión empresarial.

Las características clave de un sistema de control FCS incluyen:

1. Fusión de tecnología 3C adecuada para seguridad intrínseca, áreas peligrosas, procesos dinámicos y entornos desafiantes no estándar.
2. Dispositivos de campo altamente inteligentes que proporcionan señales totalmente digitales con un solo bus que conecta todos los dispositivos.
3. Bus de comunicación digital bidireccional desde la sala de control a los dispositivos de campo, reemplazando los sistemas analógicos cerrados, paralelos, de un solo punto y unidireccionales.
4. Funcionalidad de control totalmente descentralizada.

Comparación entre sistemas de control DCS y PLC:

El DCS es un sistema de control descentralizado, mientras que el PLC es solo un dispositivo de control, lo que pone de relieve la diferencia entre un sistema y un dispositivo. La red funciona como el sistema nervioso central del sistema de control.

Los sistemas DCS como HOLLiAS-MACS tienen una red dividida en redes de sistema y redes de control. La red de sistema conecta las estaciones de control de campo con las estaciones de operador del sistema, mientras que la red de control facilita la comunicación entre las estaciones de control de campo y las unidades de E/S inteligentes, asegurando una transmisión de información confiable y en tiempo real.

Los PLC suelen funcionar como unidades independientes y sus redes de comunicación suelen ser estructuras de red única. Los PLC carecen de medidas de seguridad robustas en comparación con los DCS.

DCS ofrece interfaces de escalabilidad extensas para una fácil integración de sistemas externos o de expansión, mientras que agregar o quitar estaciones de operador en un sistema PLC es un desafío. DCS garantiza la seguridad y confiabilidad del dispositivo de control a través de unidades de control redundantes dobles que se conmutan sin problemas en caso de una falla de la unidad principal.

Los sistemas PLC carecen de conceptos y estrategias de redundancia, lo que provoca paradas del sistema cuando falla una unidad PLC, lo que requiere apagado, mantenimiento y reprogramación del sistema. Los DCS ofrecen mayor seguridad y confiabilidad en comparación con los PLC. Tanto los DCS como los PLC tienen una confiabilidad de hardware similar, y los PLC se destacan en el software con su mecanismo de escaneo secuencial que domina el control secuencial de alta velocidad. Los PLC tienen un tiempo de ciclo de alrededor de 10 ms, mientras que las estaciones de control DCS funcionan a alrededor de 500 ms.

La funcionalidad de enclavamiento secuencial de DCS es más débil en comparación con el PLC, y su velocidad de ejecución lógica es más lenta. Los sistemas basados ​​en PLC son más rentables. DCS generalmente utiliza control centralizado en la capa de estación de control de campo, con una adopción limitada de E/S distribuidas remotas debido a restricciones de costos. Los PLC basados ​​en E/S distribuidas remotas de bus de campo son más pequeños, más flexibles, fáciles de usar y rentables en cuanto a ahorro de cableado.

Esta es una descripción general completa de la comparación entre los sistemas de control DCS y PLC.

Comparación entre el sistema de control FCS y el sistema de control DCS

Se puede decir que FCS combina las características tanto del DCS como del PLC, dando un paso revolucionario hacia adelante.

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1. FCS es un sistema abierto con estándares técnicos abiertos. Los dispositivos de campo de FCS son interoperables y compatibles entre sí, lo que permite a los usuarios elegir productos de diferentes fabricantes y marcas para una integración óptima del sistema. Por el contrario, los sistemas DCS son cerrados y los productos de diferentes fabricantes no son compatibles entre sí.

2. La transmisión de señales en FCS es completamente digital, lo que permite la comunicación desde los sensores y actuadores de nivel más bajo hasta el nivel más alto, lo que proporciona un sólido soporte para MES y ERP empresariales. Es importante destacar que FCS permite el diagnóstico, el mantenimiento y la configuración remotos de dispositivos de campo. La comunicación DCS es limitada; aunque puede conectarse a Internet, carece de conectividad con los niveles inferiores y proporciona información limitada, sin poder realizar operaciones remotas en dispositivos de campo.

3. La estructura del FCS está completamente descentralizada, eliminando las unidades de E/S y las estaciones de control que se encuentran en el DCS y trasladando las funciones de control a los dispositivos de campo, logrando una descentralización completa y facilitando la expansión del sistema. Por el contrario, la descentralización del DCS solo se extiende al nivel del controlador, enfatizando la función del controlador, siendo cruciales las autopistas de datos.

4. El FCS es totalmente digital, ofreciendo una alta precisión en el sistema de control, logrando una exactitud de alrededor de ±0,1%. Por otro lado, los sistemas de señal DCS son binarios o analógicos, requiriendo conversión A/D y D/A, resultando en una precisión de control de alrededor de ±0,5%.

5. FCS puede incorporar funciones de bucle cerrado PID en transmisores o actuadores de campo, combinadas con comunicación digital, lo que reduce los ciclos de muestreo y control. Esta mejora permite aumentar el rendimiento del control de 2 a 5 veces por segundo en DCS a 10 a 20 veces por segundo en FCS.

6. Al eliminar una cantidad significativa de dispositivos de hardware, cables y equipos auxiliares de instalación de cables, FCS ahorra en costos de instalación y depuración, lo que lo hace significativamente más rentable que DCS.

El FCS es un sistema de control inteligente, abierto y totalmente distribuido. Los sistemas DCS y PLC tradicionales, que se han utilizado durante décadas, han evolucionado hasta convertirse en sistemas prácticos y muy fiables. Con sus respectivos desarrollos, existe una tendencia hacia la convergencia entre ambos. Por ejemplo, los nuevos sistemas DCS tienen sólidas capacidades de control secuencial, mientras que los PLC modernos también son competentes en el control de bucle cerrado y ambos pueden formar grandes redes de control.