UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR DECANATO DE ESTUDIOS PROFESIONALES COORDINACIÓN DE INGENIERÍA QUÍMICA INTEGRACIÓN DE LOS PLC ALLEN-BRADLEY Y MODICON A LA RED FTE DEL SISTEMA HONEYWELL PKS Por: Andrés José Cestone Cipollitti INFORME DE PASANTÍA Presentado ante la Ilustre Universidad Simón Bolívar como requisito parcial para optar al título de Ingeniero Químico Sartenejas, Octubre de 2009 UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR DECANATO DE ESTUDIOS PROFESIONALES COORDINACIÓN DE INGENIERÍA QUÍMICA INTEGRACIÓN DE LOS PLC ALLEN-BRADLEY Y MODICON A LA RED FTE DEL SISTEMA HONEYWELL PKS® Por: Andrés José Cestone Cipollitti Realizado con la asesoría de: Tutor Académico: Prof. Joaquín Santos Herrera. Tutor Industrial: Ing. Henry Yánez. INFORME DE PASANTÍA Presentado ante la Ilustre Universidad Simón Bolívar como requisito parcial para optar al título de Ingeniero Químico Sartenejas, Octubre de 2009 RESUMEN La empresa Honeywell C.A. se caracteriza por prestar servicios en el área de automatización y control a diversos tipos de industrias en donde todas las ramas de la ingeniería dan su aporte. Una de las más importantes industrias a la que Honeywell le presta sus servicios es a la industria petrolera y todas sus filiales. Honeywell en Venezuela realiza la mayoría de sus proyectos en conjunto con PDVSA (Petróleos de Venezuela Sociedad Anónima), por ser ésta la principal industria petrolera del país. La automatización industrial es un campo que constantemente debe ir actualizando sus tecnologías en aras de mejorar el desempeño de las industrias petroleras, por eso es que sus sistemas de supervisión y de adquisición de datos, deben migrarse cada cierto tiempo. Una de las obligaciones de dicho sistema es la comunicación del mismo con dispositivos de control pertenecientes a otras compañías de manera que se pueda intercambiar información entre ellos para garantizar la operatividad de la industria a la cual se le presta servicio. Este proyecto tuvo como objetivo lograr dicha comunicación en un proyecto de migración llevado a cabo en la Planta de Fraccionamiento Jose. Además, se plantearon estrategias para que el intercambio de información entre los sistemas fuese el más apropiado para dicha migración. Esto se obtuvo mediante variaciones de los períodos de lectura de los controladores de las otras compañías en orden de importancia, con especial cuidado en no sobrecargar de información los canales donde viajaba la información de cada dispositivo, ni afectando el funcionamiento del sistema completo. Palabras clave: sistemas, control, datos, protocolos, comunicación. iv AGRADECIMIENTOS Y RECONOCIMIENTOS En primer lugar agradezco a Honeywell C.A Venezuela, por haberme brindado la oportunidad de cursar mi pasantía en tan prestigiosa empresa. A mi tutor industrial, Ing. Henry Yanez por haberme asistido en los momentos críticos del proyecto ayudándome a que se resolvieran sin mayor percance. Igualmente a mi tutor académico Prof. Joaquín Santos por haberme aceptado como pasante en tan corto aviso y sin conocerme. De igual manera siempre mostró su disposición a ayudarme e interceder por mí como pasante. A todo el departamento de Ingeniería HPS, en especial a los ingenieros Aldo Tavano, Luis Serantes, Mairyn Navarro y Juan Carlos Chacón, por haber facilitado mi adaptación a su entorno laboral y porque su trato hacia mí fue sólo de cordialidad y respeto. A los gerentes Angel Afonso y José Barriola del departamento de PMC con los cuales también tuve la oportunidad de trabajar y sirvieron como un aporte más a mi formación como profesional a pesar de no ser parte de mi proyecto de grado. Para finalizar una especial agradecimiento al Ing. Pablo Molina, con el cual tuve el placer de trabajar día a día en el proyecto de Migración del Tren C y Área 380 del complejo Jose. Su apoyo y enseñanzas me ayudaron a llevar a cabo mi proyecto y a aprender mucho más sobre todos los sistemas de Honeywell, además de ser una gran persona siempre dispuesto a ayudarte sin importar lo ocupado que esté sin jamás perder su buen humor y su estado de ánimo. v ÍNDICE GENERAL RESUMEN ................................................................................................................................ iv AGRADECIMIENTOS Y RECONOCIMIENTOS ..................................................................... v ÍNDICE GENERAL .................................................................................................................. vi ÍNDICE DE TABLAS ............................................................................................................. viii ÍNIDICE DE FIGURAS ............................................................................................................ ix LISTA DE ABREVIATURAS .................................................................................................... x INTRODUCCIÓN ...................................................................................................................... 2 CAPÍTULO 1 ............................................................................................................................. 4 1.1 El Sr. James H. Binger .......................................................................................................... 4 1.2 Divisiones de Honeywell Incorporated .................................................................................. 7 1.3 Materiales Especializados ..................................................................................................... 7 1.4 Honeywell ACS .................................................................................................................... 7 1.4.1 Honeywell Process Solutions (HPS, soluciones en procesos) .............................................. 8 1.5 Six Sigma Plus ...................................................................................................................... 8 CAPÍTULO 2 FUNDAMENTOS TEÓRICOS............................................................................ 9 2.1 Controlador Lógico Programable .......................................................................................... 9 2.1.1 Ventajas de los PLC con respecto a controladores continuos ............................................ 10 2.2 Sistemas SCADA ................................................................................................................ 10 2.2.1 Las funciones principales del sistema SCADA ................................................................. 12 2.2.2Componentes del Sistema SCADA .................................................................................... 12 2.2.3. Transmisión de la información ........................................................................................ 14 2.3 Protocolos de comunicación ................................................................................................ 14 2.3.1 Modbus ............................................................................................................................ 15 2.3.2 Plataforma de la red de comunicación DH+ ...................................................................... 16 2.3.3 Ethernet ............................................................................................................................ 16 2.4 Comunicación serial ............................................................................................................ 18 2.4.1 Características de la comunicación serial .......................................................................... 19 2.4.2 Conectores Seriales .......................................................................................................... 20 2.4.3 Control de flujo o handshaking......................................................................................... 23 CAPÍTULO 3 DESCRIPCIÓN TECNOLOGÍAS HONEYWELL ............................................ 24 3.1 Red tolerante a fallas (Red FTE) ......................................................................................... 24 3.1.1 Niveles de la Red FTE ...................................................................................................... 26 3.1.1.1 Nivel 1 .......................................................................................................................... 26 3.1.1.2 Nivel 2 .......................................................................................................................... 27 3.1.1.3 Nivel 3 .......................................................................................................................... 28 3.1.2 Variaciones en los Niveles Jerárquicos ............................................................................. 28 3.2 Sistema Experion PKS Release 310 ..................................................................................... 29 3.2.1 Controlador de Procesos C300.......................................................................................... 31 3.2.2 Software del Sistema de Control Honeywell Experion PKS .............................................. 32 3.2.3 Herramientas de Configuración del Software Experion PKS R310 ................................... 33 3.2.3.1 Puntos de Control (Controladores C300) ....................................................................... 36 3.2.3.2 Puntos de Monitoreo (Equipos de Terceros) ............................................................ 38 CAPÍTULO 4 DESCRIPCIÓN DEL PROCESO....................................................................... 39 4. 1 El gas natural .................................................................................................................... 39 4.1.1 Reservas gasíferas en Venezuela ...................................................................................... 41 4.1.2 Mercado del gas natural.................................................................................................... 41 4. 2 Fraccionamiento del gas natural ......................................................................................... 42 vi 4.3 Sistemas de control para la industria del gas ........................................................................ 44 CAPÍTULO 5 METODOLOGÍA .............................................................................................. 46 CAPÍTULO 6 DESARROLLO RESULTADOS Y DISCUSIÓN .............................................. 51 6.1 Levantamiento de información y revisión de ingeniería ....................................................... 52 6.2 Configuración de la base de datos de los PLC en el sistema Experion .................................. 55 6.2.1 Lineamientos de identificación para canales y controladores ............................................ 56 6.2.2 Direcciones de los puntos (DH+ y Modbus) ..................................................................... 58 6.3 Configuración de los equipos de comunicación ................................................................... 59 6.3.1 Configuración Unidades terminales .................................................................................. 60 6.3.2 Configuración de Multiplexores de Puerto RS-232 ........................................................... 63 6.3.3 Configuración de Covertidores de Señal DL-3500 ............................................................ 65 6.4 Configuración de los canales de comunicación .................................................................... 67 6.4.1 Simulación de puntos SCADA en protocolo Modicon ...................................................... 67 6.4.2 Simulación de puntos SCADA en protocolo Allen-Bradley .............................................. 70 6.5 Pruebas de integración con los equipos ................................................................................ 72 6.5.1 Protocolo FAT ................................................................................................................. 72 6.5.2 Chequeo del estado del sistema Experion ......................................................................... 73 6.5.3 Estrategias de escaneo de datos ....................................................................................... 80 CONCLUSIONES .................................................................................................................... 83 RECOMENDACIONES ........................................................................................................... 85 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ....................................................................................... 86 ANEXO A ................................................................................................................................ 88 ANEXO B ................................................................................................................................ 89 ANEXO C ................................................................................................................................ 90 ANEXO D ................................................................................................................................ 91 ANEXO E................................................................................................................................. 92 ANEXO F ................................................................................................................................. 94 ANEXO G ................................................................................................................................ 95 vii ÍNDICE DE TABLAS Tabla 2.1 Función de los pines en un conector RS-232C ...................................................... …20 Tabla 3.1 Niveles de Seguridad ............................................................................................ …26 Tabla 4.1 Tipos de fraccionamiento de GNL ........................................................................ …43 Tabla 6.1 Mapeo de los Controladores Programables en Protocolo Modicon ........................... 57 Tabla 6.2 Mapeo de los Controladores Programables en Protocolo DH+ ................................. 58 Tabla 6.3 Terminal Server Canal FTE A Sala de Control Principal (Nível 2) (TS-02): ............ 61 Tabla 6.4 Terminal Server Canal FTE B Sala de Control Principal (Nível 2) (TS-02).............. 62 Tabla 6.5 Terminal Server Canal FTE A Sala de Control Remota (Nível 1) (SR-TS01) ........... 62 Tabla 6.6 Terminal Server Canal FTE B Sala de Control Remota (Nível 1) (SR-TS01) ........... 63 Tabla 6.7 Configuración Multiplexores de puerto RS-232/RS-458 .......................................... 64 Tabla 6.8 Ubicación de los Canales de Comunicación en la Arquitectura ................................ 68 Tabla 6.9 Propiedades del punto a introducir al sistema para la onda sinusolidal ..................... 74 Tabla 6.10 Controladores ubicados por el comando LISSCN .................................................... 78 Tabla 6.11 Escaneo de puntos por segundo ............................................................................... 80 Tabla E.1 Especificaciones Técnicas “Terminal Server Stallion EasyServer II”........................ 92 Tabla G.1 Protocolo de pruebas FAT para puntos provenientes de terceros .............................. 95 viii ÍNIDICE DE FIGURAS Figura 2.1 Conector externo de la computadora y expuesto del cable. ..................................... 20 Figura 3.1 Arquitectura típica de una Red FTE ........................................................................ 25 Figura 3.2 Esquema Nivel 1 FTE. Dispositivos protegidos por Control Firewall ............. ¡Error! Marcador no definido.7 Figura 3.3 Esquema típico Arquitectura Nivel 2 utilizando interruptores ...¡Error! Marcador no definido. Figura 3.4 Esquema de comunicación entre de Redes de Nivel 2 a través de Routers de Nivel ................................................................................................. ¡Error! Marcador no definido.8 Figura 3.5 Esquema de integración de los 3 niveles de la FTE . ¡Error! Marcador no definido.9 Figura 3.6 Arquitectura típica del Sistema Experion PKS R301............................................... 30 Figura 3.7 Hardware Controlador C200 Serie C ...................................................................... 31 Figura 3.8 Hardware Controlador C300 Serie C ...................................................................... 31 Figura 3.9 Ejemplo de Módulos de Control Simple ................................................................. 34 Figura 3.10 Pantalla de Configuración Herramienta Quick Builder ........................................... 35 Figura 3.11 Despliegue de Operación en formato HMIWeb ...................................................... 36 Figura 4.1 Esquema de procesamiento del gas natural ............................................................. 40 Figura 4.2 Diagrama de flujo de proceso de fraccionamiento de gas natural ............................ 43 Figura 6.1 Base de Datos configurada en Quick Builder .......................................................... 59 Figura 6.2 Módulo Convertidor DH+ a DF1 ............................................................................ 65 Figura 6.3 Parámetros generales de la Configuración del módulo DL-3500 ............................. 66 Figura 6.4 Parámetros comunicación serial del módulo DL-3500 ............................................ 67 Figura 6.5 Pantalla de simulación protocolo Modbus (ModSim).............................................. 69 Figura 6.6 Pantalla de Ejemplo de Configuración adecuada para Canales de Comunicación .... 70 Figura 6.7 RSLogix Señales digitales para PLCs Allen-Bradley .............................................. 71 Figura 6.8 Onda Sinusoidal del Sistema EPKS Funcionando Correctamente. .......................... 75 Figura 6.9 Vista general de los canales de comunicación con terceros en el EPKS .................. 76 Figura 6.10 Pantalla del comando ejecutado LISSCN...............................................................777 Figura A.1 Arquitectura antigua Tren C y Área 380 (TDC-3000) ............................................. 88 Figura B.1 Arquitectura Nueva del Tren C y Área380 utilizando Experion ............................... 89 Figura C.1 Diagrama de bloques del tren C de la Planta Fraccionadora de Jose ........................ 90 Figura D.1 Especificaciones Técnicas de los Multipuertos MARC ........................................... 91 Figura F.1 Ficha Técnica de los convertidores DF1 a Data Highway Plus, Marca Equustek ..... 94 ix LISTA DE ABREVIATURAS AI: Entradas Analógicas - “Analog Input” ANSI: Instituto Nacional Americano de Estándares - “American National Standards Institute” IOTA Montaje del Terminal Entrada/Salida - “Input Output Terminal Assembly” AO Salidas Analógicas - “Analog Output” DH+: Red Data Hiway Plus-AB DI Entradas Digitales - “Digital Input” DO Salidas Digitales - “Digital Output”. FAT Pruebas de Aceptación en Fábrica- “Factory Acceptance Test” HG Hiway Gateway FTE Tolerante a Fallas Honeywell - “Fault Tolerant Ethernet” PLC Controlador Lógico Programable - “Programmable Logic Controller” HPM Controlador Avanzado de Procesos de Alto Desempeño- “High Performance Process Manager” IEEE Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos - “Institute of Electrical and Electronic Engineers” LCN Red de Control Local – “Local Control Network” EPKS Sistema de Conocimiento del Proceso Experion -“Experion ProcessKnowledge System” PLCG Compuerta de Controladores Lógicos Programables - “Programable Logic Computer Gateway” PM Controlador de Proceso - “ Process Manager” PV Variable de Proceso - “Process Variable” TCP/IP Protocolo de Control de Transmisión/ Protocolo de Internet - “Transmition Control Prtocol/ Internet Protocol” SAT Pruebas de Aceptación en Sitio – “Site Acceptance Test” TDC-3000 Sistema de Control Distribuido - “Total Distributed Control-3000” TPS Solución Total a Plantas - “Total Plant Solution” US Estación Universal – “Universal Station” x UCN Red de Control Universal – “Universal Control Network”. xi INTRODUCCIÓN Una de las principales fuentes de energía utilizada a escala mundial es el gas natural, cuyo proceso de combustión es mucho más limpio que el de los hidrocarburos pesados. Sin embargo desde la etapa de producción hasta la etapa de distribución el gas natural debe ser sometido a procesos de separación física y química con la finalidad de remover impurezas y contaminantes tales como sulfuro de hidrógeno (H2S), agua, dióxido de carbono (CO2) e hidrocarburos pesados que causan problemas de corrosión, de transporte y almacenamiento de los mismos. En Venezuela una de los principales complejos de procesamiento y tratamiento de gas natural es el Complejo Criogénico de Jose. La Planta de Fraccionamiento y Despacho Jose, se encarga de fraccionar los líquidos de gas natural (LGN) provenientes de las plantas de Extracción de San Joaquín, Santa Bárbara y Jusepín, ubicadas en el área de Anaco y Norte de Monagas respectivamente. Estas plantas envían el LGN a través de dos poliductos con una capacidad de 200 Mbbl/d, el producto que llega a planta es almacenado en 8 recipientes denominados balas, desde los cuales se alimentan a los tres trenes, A, B y C, con que cuenta la planta de fraccionamiento. Los productos obtenidos: propano, n-butano, iso-butano, pentano y gasolina, son enviados hacia el área de refrigeración para ser almacenados en forma refrigerada, presurizada y atmosférica. La planta cuenta también con un terminal marino con 2 muelles, un llenadero de camiones de 4 islas y 2 poliductos hacia la refinería de Puerto la Cruz y la Petroquímica SOCA. Actualmente el último tren de fraccionamiento o tren C, se encuentra funcionando bajo un sistema de control del cual es propietario Honeywell denominado TDC-3000. Dicha plataforma es considerada por la empresa como obsoleto por su antigüedad ya que dos generaciones más antiguo que el sistema actual de Honeywell denominado Experion, por ende, se dificulta su mantenimiento, la obtención de repuestos aunado al hecho que cada día existen menos ingenieros expertos que puedan dominar dicha plataforma y hacer un trabajo de calidad. Además existen actualmente herramientas mucho más poderosas que facilitan el control total de la planta. 2 Ante esta situación, Honeywell propuso una solución que llevó como nombre “Actualización de la Red de Supervisión y Control del Tren C y del Área de Refrigeración y Almacenaje-Planta de Fraccionamiento de Jose”. El proyecto contempla el diseño, ingeniería, procura, pruebas de Aceptación en Fábrica, instalación de los equipos, y pruebas de Aceptación de Sitio (Elaboradas en Campo) de un Sistema Experion PKS R310 integrado al Controlador de Procesos C300. De esta manera, la empresa podrá contar con un mejor sistema de control instalado con el cual se le pueda prestar un mejor servicio al cliente. Es de vital importancia además que la industria de los hidrocarburos cuente con el sistema de control más confiable ya que existen innumerables factores de riesgo a nivel operacional. Factores que, con un sistema de control obsoleto predispuesto a fallar, pueden degenerar en accidentes. Por tratarse de la industria del gas natural, se debe tener un cuidado extra ya que se están tratando con productos altamente volátiles lo cual aumenta el riesgo. Debe existir una supervisión constante en variables como la temperatura y la presión de los equipos involucrados así como las líneas de tuberías ya que al menor descuido podría ocurrir una explosión. Otra causa por la cual se debe tener tanto cuidado, es el alto impacto económico que generaría un accidente. Debido a que los hidrocarburos son la principal fuente de ingresos económicos y la industria del gas cuenta con una serie de demandas que cumplir en el mercado venezolano, es de importancia crítica que ningún accidente ocurra. Una de las partes fundamentales de dicho proyecto y fue la comunicación de la arquitectura propuesta (ver Anexo A) con dispositivos de terceros, es decir, controladores programables (PLC) pertenecientes a otras empresas. Estos se encuentran bajo la plataforma de los PLC Gateway (PLCG) los cuales servían como portales de integración para el sistema a ser migrado TDC-3000. Debido a que este sistema está descontinuado, no se realizará ningún tipo de unión de los dispositivos de control anteriores de Honeywell sino que se procede a cambiar a una arquitectura completamente nueva. Sin embargo, no está estipulado que el cliente vaya a cambiar sus dispositivos de terceros. Por ende, estos PLCG deben ser reemplazados ya que son incompatibles con el sistema Experion. Para ello, se utilizaron dispositivos de adaptación entre los protocolos de comunicación de los PLC y el utilizado por Honeywell conocido como Ethernet Tolerante a Fallas (Fault Tolerant Ethernet). El objetivo principal de este proyecto es llevar a cabo de manera exitosa la comunicación entre el sistema Honeywell Experion PKS y aquellos dispositivos de control que no pertenezcan a la 3 empresa. Dicha comunicación es la encargada del intercambio de información (envío y recibo de datos) entre la plataforma principal propuesta por la empresa en dicha migración y aquellos controladores que por la función que desempeñan o por su ubicación geográfica, razones de costo o por cualquier otra, su información no pueda ser incluida en los controladores Honeywell C300. Para lograr que estos dispositivos se comuniquen, es necesario preparar una plataforma de comunicación con terceros, siendo ésta la parte fundamental del proyecto. Para ello, se deben instalar, en la sala de control, los equipos que establecerán físicamente la comunicación. Estos se encargarán de recibir la información en el protocolo de su fuente y lo convertirán en el protocolo apto para que puedan ser leídos por la red FTE de Honeywell y, además, dicha información será llevada a servidores donde se establecerá la comunicación directa con los servidores principales asegurando así un funcionamiento total de la planta. Como objetivo secundario de la pasantía, fue la aplicación de herramientas de análisis y revisión a los dispositivos y programas del sistema Experion con el fin de demostrar y corroborar que la migración fue realizada exitosamente. La parte de revisión se refiere a los protocolos necesarios para corroborar que, en efecto, la información migrada al nuevo sistema es la correcta y aprovechar además para corregir algún error o información inútil presente en los sistemas de control antiguos. El análisis se refiere a realizar ciertas pruebas de funcionamiento general y específico del sistema. En cuanto al funcionamiento general, abarca a cómo funciona Experion PKS incluyendo la comunicación con terceros, y por último el análisis específico que se refiere a como dicho intercambio de datos se está llevando a cabo. En dicha parte, a su vez, se pueden establecer estrategias de lectura que mejoren en última instancia la comunicación con los otros controladores programables. El informe comienza describiendo la empresa para la cual se realizó esta pasantía, su historia, cuáles son sus áreas de aplicación dentro de la industria y las divisiones que la integran. Para explicar cómo se realizó la migración de los dispositivos de terceros primero se realizó una descripción teórica sobre control y automatización industrial. Posteriormente se describe las tecnologías pertenecientes a Honeywell ya que son particulares a la empresa y tienen un funcionamiento particular diferente a lo explicado teóricamente aunque es muy similar, es necesario especificarlo. Una vez descrito lo referente a control, se procede al capítulo que describe el proceso químico al cual se le aplicó el sistema de control, más específicamente al fraccionamiento de los Líquidos de Gas Natural (LGN). Una vez definida la parte teórica se 4 procede a explicar la metodología de los procedimientos realizados necesarios para cumplir los objetivos trazados en el proyecto de pasantía. Luego se explicaron dichos procedimientos, se mostraron los resultados obtenidos y se discutieron. Por último las conclusiones sobre el trabajo realizado y su alcance. Junto a esto, las recomendaciones pertinentes en caso que un trabajo similar a este sea realizado en un futuro y que otras actividades podrían complementarlo. CAPÍTULO 1 DESCRIPCIÓN DE LA EMPRESA Honeywell es una corporación multinacional estadounidense que produce una variedad de productos de consumo, servicios de ingeniería y sistemas aeroespaciales para una amplia variedad de clientes, desde privados a corporaciones importantes. Honeywell es una de las compañías del Fortune 500 con una mano de obra superior a 100.000 empleados y tiene su sede en Morristown (Nueva Jersey). Su actual presidente es David M. Cote y la compañía forma parte del Índice bursátil Dow Jones. Honeywell tiene muchas marcas que los consumidores pueden conocer y algunos de los productos más conocidos son la gama para el hogar de termostatos y productos para el automóvil vendidos bajo los nombres de Prestone, Fram y Autolite. Honeywell se creó a partir de la invención del termostato de Albert Butz, en 1885 y con las posteriores innovaciones en los motores eléctricos y los procesos de control de la Minneapolis Heat Regulator Company desde 1886. En 1906, Mark C. Honeywell fundó Honeywell Heating Specialty Co, Inc. en Wabash, Indiana. La compañía Honeywell se fusionó con Minneapolis Heat Regulator Company en 1927. A partir de entonces se llamó la Minneapolis-Honeywell Regulator Company. Honeywell fue su primer presidente y William R. Sweatt fue su primer Jefe de la Junta Directiva. [1] 1.1 El Sr. James H. Binger James H. Binger (1916–2004), hijo de un doctor, creció en St. Paul, Minnesota (Estados Unidos). Se graduó en Economía en la Universidad de Yale y en Derecho en la Universidad de Minnesota. En su graduación, se incorporó al bufete de abogados Dorsey & Whitney, del cual Honeywell era cliente. 6 En 1943 se incorporó a Honeywell. Se convirtió en su presidente en 1961 y en su jefe de la junta directiva en 1965. Tras esto, renovó el enfoque de ventas de la compañía, poniendo énfasis en los beneficios antes que en el volumen de producción. Además, amplió la expansión internacional de la compañía. También cambió el nombre corporativo de la empresa de Minneapolis-Honeywell Regulator Co. a Honeywell. Bajo la administración de Binger desde 1961 a 1978, expandió la compañía en campos como la industria de armamento, la industria aeroespacial, la informática y las cámaras. Honeywell originalmente se introdujo en el negocio de la informática con una aventura empresarial con Raytheon, más conocida como Datamatic Corp., pero pronto, compró una parte de Raytheon convirtiéndola en una división de Honeywell. Además, compró una pequeña corporación de control de computadoras, renombrándola a Honeywell’s Computer Control Division. A lo largo de la década de los 60, Honeywell fue el “Blancanieves y los Siete enanitos” de la computación. IBM era “Blancanieves”, mientras que los enanitos, que además de Honeywell, eran Burroughs, Control Data Corporation, GE, NCR, RCA, y Univac. En 1990, la Honeywell’s defense division se convirtió en Alliant Techsystems, cuyas sedes estaban en Edina, un suburbio de Minneapolis. Honeywell continuó generando productos aeroespaciales incluyendo los motores a reacción. En 1996, Honeywell adquirió Duracraft y comenzó a vender productos para el confort en el hogar. Hoy, Kaz Incorporated posee ambas líneas de confort en el hogar (Duracraft y Honeywell). General Electric intentó adquirir Honeywell en 2002, cuando Honeywell estaba valuada en más de 21 billones de dólares. La fusión fue permitida por las autoridades americanas pero fue bloqueada por Mario Monti, que era comisario de la Comisión Europea. Esta decisión se basó en que General Electric, que dominaba el comercio de los motores a reacción (liderado por el motor de turbinas General Electric CF34), los servicios de alquiler (GECAS), y la cartera regional de motores a reacción y la aviónica, con lo que la nueva compañía sería capaz de sacar financieramente del mercado importantes productos y ahogar la competitividad a través de la creación de un monopolio horizontal. En 2007, General Electric adquirió Smiths Aerospace, el cual tiene una cartera de productos similares. La actual “Honeywell International Inc.”, es el producto de una fusión entre AlliedSignal y 7 Honeywell Inc. en 1999. Aunque AlliedSignal fuera la mayor de las dos, la unión de las compañías eligió el nombre de “Honeywell” para su marca de reconocimiento. No obstante, las sedes de la corporación se consolidaron en las sedes de AlliedSignal en Morristown, New Jersey en vez de en la histórica sede de Honeywell en Minneapolis, Minnesota. En 1991 la ‘’Honeywell’s computer division’’ fue vendida a Groupe Bull [1]. 1.2 Divisiones de Honeywell Incorporated Honeywell International Inc. es una gran empresa centrada en cuatro divisiones principales: Aerospace Solutions (soluciones aeroespaciales), Specialty Materials (especialización en materiales), Transportation & Power Systems (sistemas de transporte y energía) y Automation & Control Solutions (ACS, soluciones de automatización y control). A base de fusiones y adquisiciones, Honeywell se ha convertido en una empresa con un presupuesto de 24.000 millones de dólares y 115.000 empleados. 1.3 Materiales Especializados El patrimonio de los materiales especializados de Honeywell comenzó con una pequeña compañía de ácido sulfúrico a manos del químico William H. Nichols en 1870. Hacia el final del siglo XIX, Nichols creó varias compañías y fue reconocido en la creciente industria química americana. La visión de Nichols de una grande y mejor compañía empezó a cumplirse cuando formó equipo con el investigador Eugene Meyer en 1920. Nichols y Meyer combinaron cinco pequeñas compañías químicas para crear la Allied Chemical & Dye Company, que más tarde se convirtió en la Allied Chemical Corp. y que habitualmente formó parte de AlliedSignal, el precursor del negocio de materiales especializados de Honeywell. Meyer sirvió en la administración presidida por Coolidge, Hoover y Truman. Tras esto, compró el periódico Washington Post en 1933. Existen edificios con los nombres de Meyer y Nichols en las sedes de Honeywell en Morristown, N.J. Nance Dicciani es el actual presidente y CEO de la división de materiales especializados [1]. 1.4 Honeywell ACS Honeywell ACS es una división de 8.000 millones de dólares y más de 40.000 empleados en todo el mundo. Surgió después de que la reorganización de la empresa combinara los 8 componentes de control y automatización industrial y control en casa y edificios. Honeywell Automation and Control Solutions es encargado de incrementar la productividad y la eficiencia, cuidar el medio ambiente y proteger a la gente, activos y edificios. Las tecnologias y soluciones de automatización de Honeywell aseguran costes de mantenimiento en edificios más bajos, hogares más confortables y mayor productividad y reducción de costes en empresas. Las soluciones de Honeywell protegen contra intrusos, aumentan la seguridad del personal y hacen posible un ambiente en la empresa seguro y productivo [1]. 1.4.1 Honeywell Process Solutions (HPS, soluciones en procesos) Honeywell Process Solutions ofrece soluciones de automatización de procesos industriales para los sectores de refinación de petróleo, industria del gas, industria del papel, minería, sector químico, farmacia y generación de Energía. Honeywell Process Solutions se encarga de mejorar el desarrollo de las compañías productoras convirtiendo los recursos en resultados, consiguiendo beneficios inmediatos y aportando una evolución continua a sus sistemas. Actualmente en Venezuela, operan dos unidades de negocios de ACS, la mencionada anteriormente y Honeywell Building Solutions (HBS, soluciones en edificios). El proyecto desarrollado para esta pasantía fue obra de la unidad de negocio HPS ya que se trató un problema referente a la industria del gas [1]. 1.5 Six Sigma Plus Honeywell desarrolló recientemente una nueva generación de Six Sigma, denominada Six Sigma Plus. Six Sigma es una estrategia diseñada para acelerar las mejoras en los procesos, productos y servicios; reducir radicalmente los costes de fabricación y/o administración; y mejorar la calidad. Logra esto centrándose principalmente en la eliminación de pérdidas y en la reducción de defectos y variaciones. Las empresas punteras aplican esta norma a todas las funciones de sus organizaciones (desde el diseño y la ingeniería para fabricar, hasta las ventas y el marketing para dirigir la empresa) a fin de conseguir ahorros drásticos. Gracias a este sistema propietario, Honeywell pone al alcance de sus empleados la técnica y las herramientas necesarias para crear valor añadido para los clientes; mejorar procesos, productos y servicios; y hacer crecer la empresa capitalizando el poder de Internet a través del comercio electrónico. Todas las unidades de negocio, incluyendo ACS, deben encontrar la forma de dar soporte al programa Six Sigma Plus [1]. CAPÍTULO 2 FUNDAMENTOS TEÓRICOS 2.1 Controlador Lógico Programable Un controlador lógico programable (PLC), es un dispositivo electrónico que controla máquinas y procesos. Utiliza una memoria programable para almacenar instrucciones y ejecutar funciones específicas que incluyen control de activación y desactivación (abierto/cerrado), temporización, conteo, secuencia, aritmética y manejo de datos. En cualquier tipo de aplicación, el uso de los PLC ayuda a aumentar la competitividad. Los procesos que usan este tipo de controlador incluyen: empacado, embotellado y enlatado, manejo de materiales, sistemas de control de calefacción y aire acondicionado/construcción, sistemas de seguridad, ensamble automatizado, líneas de pintura, tratamiento de agua, entre otros. Los PLC se aplican a una variedad de industrias, incluyendo alimentos y bebidas, automotriz, química, plásticos, pulpa y papel, farmacéutica y metales. De hecho cualquier aplicación que requiere de un sistema de control puede usar un PLC. [2] Entre las características básicas de un PLC podemos mencionar: Capacidades matemáticas. Instrucciones de manejo de datos. Conteo de alta velocidad. Rutinas de conversión BCD (código Binario Decimal Codificado) a binario. Funcionalidad de temporizador de tambor y secuenciador. Subrutinas e interrupciones. Funcionalidad de temporizador de tambor y secuenciador. 10 Programación con una computadora personal. Comunicación con otros dispositivos electrónicos Desde el punto de vista de su papel en el sistema de control, el PLC es el soporte físico estándar de la lógica, con capacidad de conexión directa a las señales de campo (niveles de tensión y corrientes industriales, transductores y periféricos electrónicos) y programable por el usuario [2]. 2.1.1 Ventajas de los PLC con respecto a controladores continuos Una de las principales ventajas de un PLC es la capacidad de adquisición y comunicación de datos que exceden las capacidades de los relés tradicionales. Los PLC pueden colectar información de campo para realizar informes de producción y de estado, conteo de piezas que estén fuera de las especificaciones o que tengan defectos, conteo total de piezas, velocidades de producción y tiempo de funcionamiento de la máquina (lo cual es valioso para operaciones de mantenimiento periódico). Además, los PLC pueden comunicar estos datos a otros equipos de control o a operadores en ubicaciones remotas. El envío de las señales analógicas y discretas del PLC a los distintos receptores, se realiza a través de buses de campo, que se refiere a redes digitales, bidireccionales, de estructura arborescente multipunto, que conforman el sistema de transmisión de información. Estas redes sustituyen las interconexiones punto a punto entre los componentes al controlador en la red de la industria. El bus es el medio físico que transmite la información dentro de una red de trabajo. Se caracteriza por distancias limitadas en la información conducida, disminución de costos por concepto de un cableado reducido, así como de delegar capacidades de procesos al dispositivo, con funciones simples como de control, diagnóstico o mantenimiento. Los buses de campo se caracterizan por contener protocolos de comunicación entre los elementos y el controlador [2]. 2.2 Sistemas SCADA Los sistemas SCADA (Supervisory Control And Data Adquisition) son aplicaciones de programa, diseñadas con la finalidad de controlar y supervisar procesos a distancia. Se basan en 11 la adquisición de datos de los procesos remotos. Se trata de una aplicación de programa, especialmente diseñada para funcionar sobre ordenadores en el control de producción, proporcionando comunicación con los dispositivos de campo (controladores autónomos, autómatas programables, etc.) y controlando el proceso de forma automática desde una computadora. Además, envía la información generada en el proceso productivo a diversos usuarios, tanto del mismo nivel como hacia otros supervisores dentro de la empresa, es decir, que permite la participación de otras áreas como por ejemplo: control de calidad, supervisión, mantenimiento, etc. Cada uno de los dispositivos de SCADA involucran muchos subsistemas, por ejemplo, la adquisición de los datos puede estar a cargo de un PLC el cual toma las señales y las envía a las estaciones remotas usando un protocolo determinado, otra forma podría ser que una computadora realice la adquisición vía un hardware especializado y luego esa información la transmita hacia un equipo de radio vía su puerto serial, y así existen muchas otras alternativas. Las tareas de supervisión y control generalmente están más relacionadas con el prograna SCADA, en él, el operador puede visualizar en la pantalla del computador de cada una de las estaciones remotas que conforman el sistema, los estados de ésta, las situaciones de alarma y tomar acciones físicas sobre algún equipo lejano, la comunicación se realiza mediante buses especiales o redes LAN. Todo esto se ejecuta normalmente en tiempo real, y están diseñados para dar al operador de planta la posibilidad de supervisar y controlar dichos procesos. Generalmente se vincula el programa SCADA al uso de un PLC ya que la acción de control es realizada por los dispositivos de campo, por el contrario, la comunicación entre el sistema y el operador es necesariamente vía computadora. Sin embargo, el operador puede gobernar el proceso en un momento dado, si es necesario. Un programa SCADA debe ser capaz de ofrecer al sistema: [3] Posibilidad de crear paneles de alarma, que exigen la presencia del operador para reconocer una parada o situación de alarma, con registro de incidencias. Generación de datos históricos de las señales de planta, que pueden ser volcados para su proceso sobre una hoja de cálculo. Ejecución de programas, que modifican la ley de control, o incluso anular o modificar las tareas asociadas al autómata, bajo ciertas condiciones. 12 Posibilidad de programación numérica, que permite realizar cálculos aritméticos de elevada resolución sobre la CPU del ordenador. 2.2.1 Las funciones principales del sistema SCADA Supervisión remota de instalaciones y equipos: Permite al operador conocer el estado de desempeño de las instalaciones y los equipos alojados en la planta, lo que permite dirigir las tareas de mantenimiento y estadística de fallas. Control remoto de instalaciones y equipos: Mediante el sistema se puede activar o desactivar los equipos remotamente (por ejemplo abrir válvulas, activar interruptores, prender motores, etc.), de manera automática y también manual. Además es posible ajustar parámetros, valores de referencia, algoritmos de control, etc. Procesamiento de datos: El conjunto de datos adquiridos conforman la información que alimenta el sistema, la cual es procesada, analizada y comparada con datos anteriores, y con datos de otros puntos de referencia, dando como resultado una información confiable y veraz. Visualización gráfica dinámica: El sistema es capaz de brindar imágenes en movimiento que representen el comportamiento del proceso, dándole al operador la impresión de estar presente dentro de una planta real. Estos gráficos también pueden corresponder a curvas de las señales analizadas en el tiempo. Generación de reportes: El sistema permite generar informes con datos estadísticos del proceso en un tiempo determinado por el operador. Representación de señales de alarma: A través de las señales de alarma se logra alertar al operador frente a una falla o la presencia de una condición perjudicial o fuera de lo aceptable. Estas señales pueden ser tanto visuales como sonoras. 2.2.2Componentes del Sistema SCADA Los sistemas SCADA requieren de varios equipos para poder cumplir las funciones para la cual éste este diseñado, es decir, las labores de supervisión, control y adquisición de datos. Dichos equipos son los siguientes: 13 Unidades de terminal remota (RTU por sus siglas en inglés) Lo constituye todo elemento que envía algún tipo de información a la estación maestra, este sistema cuenta con un microprocesador, interfaces de entrada y salida tanto analógicas como digitales. Éstas permiten tomar la información del proceso provista por los dispositivos de instrumentación y control en una localidad remota que las envían al sistema central. Un sistema puede contener varios UTR siendo capaz de captar un mensaje direccionado hacia él, decodificándolo, respondiendo si es necesario y esperar por un nuevo mensaje. Estación maestra y computador con la interfaz hombre-máquina (HMI) Ejecuta las acciones de mando programadas, en base a los valores actuales de las variables medidas. La programación se realiza por medio de lógicas que ejecuta un PLC, un controlador automático programable (PAC por sus siglas en ingles), u otra estación inteligente. También se encarga del almacenamiento y procesado ordenado de los datos, de forma que otra aplicación o dispositivo pueda tener acceso a ellos. El paquete HMI para el sistema SCADA típicamente incluye un programa de dibujo con el cual los operadores o el personal de mantenimiento del sistema pueden cambiar la apariencia de la interfaz. En un sistema SCADA pequeño, la estación maestra puede estar en un solo computador, A gran escala, la estación maestra puede incluir muchos servidores, aplicaciones de control distribuido y varios clientes. [3] Infraestructura de comunicación. Se encarga de la transferencia de información desde el punto en donde se realizan las operaciones, hasta el punto en donde se supervisa y controla el proceso; lo conforman los transmisores, receptores y medios de comunicación. Igualmente, son parte importante de la infraestructura de comunicación y el medio físico que permite el intercambio de datos entre los instrumentos y los distintos UTR. Los dispositivos de campo con los que se dispone en un sistema SCADA son de diversos tipos y en cada uno de ellos existen parámetros de selección, desde el rango de trabajo, precisión, dimensiones, precio, etc., los cuales hacen que cada sistema sea un caso particular aunque todos ellos tienen siempre características comunes [3]. 14 2.2.3. Transmisión de la información Los sistemas SCADA necesitan comunicarse vía red, telefónica o satelital y es necesario contar con computadoras remotas que realicen el envió de datos hacia una computadora central; ésta a su vez será parte de un centro de control y gestión de información. Para realizar el intercambio de datos entre los dispositivos de campo y la estación central de control y gestión, se requiere un medio de comunicación. Existen diversos medios que pueden ser cableados (cable coaxial, fibra óptica, cable telefónico) o no cableados (microondas, ondas de radio, comunicación satelital). Cada fabricante de equipos para sistemas SCADA emplea diferentes protocolos de comunicación y no existe un estándar para la estructura de los mensajes; sin embargo, existen estándares internacionales que regulan el diseño de las interfaces de comunicación entre los equipos del sistema SCADA y equipos de transmisión de datos [3]. 2.3 Protocolos de comunicación El protocolo es la formalización de la comunicación de datos y se rige por normas y convenciones entre los dispositivos en el arreglo o red. El protocolo asegura, mediante esta normalización, una comunicación bilateral entre los componentes identificándolos a cada uno, por ejemplo, dos computadores conectados en la misma red pero con protocolos diferentes no podrían comunicarse jamás. Los protocolos responden a diferentes tipos de intereses de diseño, en su mayoría establecidos por el fabricante para su respectivo equipo, por ejemplo, Profibus perteneciente a Siemens, Modbus de Schneider, o Data Highway Plus de Allen Bradley. También existen protocolos abiertos a los usuarios para una determinada adecuación o mejora, los cuales son accesibles al público con tan solo solicitarlos. El dispositivo también asegura que los equipos serán electrónicamente compatibles, pues así, el programa logrará comunicarse de forma correcta bilateralmente con los dispositivos de la red. Los protocolos libres accesibles son abiertos para una determinada adecuación o mejora, así como unos responden a cualidades especificas de una red de trabajo, como por ejemplo para instrumentación, como Profibus y Hart, o en cambio DeviceNet y SDC están optimizados para los mercados de los dispositivos discretos de detectores, actuadores e interruptores, donde el 15 tiempo de respuesta y repetitividad son factores críticos. Los buses de campo con mayor presencia en el proyecto de control y automatización de la planta con la que se trabajó fueron: Allen-Bradley, Modbus, Hart y Ethernet [4]. 2.3.1 Modbus Es un protocolo de comunicaciones diseñado en 1979 por Modicon para su gama de PLC. Debido a que es un protocolo de comunicaciones estándar, goza de mayor disponibilidad para la conexión de dispositivos electrónicos industriales. Las razones por las cuales el uso de Modbus es superior a otros protocolos de comunicaciones son: es público, su implementación es fácil, requiere poco desarrollo y maneja bloques de datos sin suponer restricciones. El medio físico de conexión puede ser un bus semidúplex (half duplex) (RS-485 o fibra óptica) o dúplex (full duplex) (RS-422, BC 0-20 mA o fibra óptica). La comunicación es asíncrona y las velocidades de transmisión previstas van desde los 75 b/s a 19200 b/s. La máxima distancia entre estaciones depende del nivel físico, pudiendo alcanzar hasta 1200 m sin repetidores. La estructura lógica es del tipo maestro-esclavo, con acceso al medio controlado por el maestro. El número máximo de estaciones previsto es de 63 esclavos más una estación maestra. Los intercambios de mensajes pueden ser de dos tipos: Intercambios punto a punto, que comportan siempre dos mensajes: una demanda del maestro y una respuesta del esclavo (puede ser simplemente un reconocimiento). Mensajes difundidos: estos consisten en una comunicación unidireccional del maestro a todos los esclavos. Este tipo de mensaje no tiene respuesta por parte de los esclavos y se suelen emplear para mandar datos comunes de configuración, reinicio, etc. El nivel de aplicación de Modbus no está cubierto por un programa estándar, sino que cada fabricante suele suministrar programas para controlar su propia red. No obstante, el nivel de concreción en la definición de las funciones permite al usuario la confección de programa propio para gestionar cualquier red, incluso con productos de distintos fabricantes [4,5]. Modbus permite el control de una red de dispositivos, por ejemplo un sistema de medida de 16 temperatura y humedad, para comunicar los resultados a un ordenador. Modbus también se usa para la conexión de un ordenador de supervisión con una RTU en sistemas SCADA. Existen versiones del protocolo Modbus para puerto serie y Ethernet (Modbus/TCP). 2.3.2 Plataforma de la red de comunicación DH+ La Red Data Highway Plus o DH+ de Allen Bradley es una red de comunicación que permite la integración multipunto de diversos equipos con un mismo canal de comunicación, generalmente un cable apantallado de un par de hilos con cable de tierra. Esta red opera a 57,6 kb/s (Kilo baudios por segundo). 2.3.3 Ethernet Es una red de área local diseñada para el intercambio de información a alta velocidad entre las computadoras y los dispositivos locales. Posee un ancho de banda el cual permite la comunicación a larga distancia entre los dispositivos, éste es el protocolo utilizado para la comunicación vía internet. La norma de Ethernet fue definida por el Instituto para los Ingenieros Eléctricos y Electrónicos (IEEE) como IEEE Standard 802.3. Adhiriéndose a la norma de IEEE, los equipos y protocolos de red pueden interoperar eficazmente. Para el caso de las capas físicas y de control de acceso al medio, Ethernet trabaja bajo la filosofía CSMA siglas que corresponden a Carrier Sense Multiple Access o Acceso múltiple con sensor de portadora. Este es un sistema en el que cada equipo escucha al cable antes de enviar cualquier cosa a través de la red, si la red está libre, el equipo transmitirá la información, si otro nodo ya envió información sobre la red, el ordenador espera y vuelve a intentarlo cuando este libre. Cuando dos ordenadores intentan transmitir en el mismo instante se produce una colisión, y cada equipo espera una cantidad aleatoria de tiempo antes de intentar retransmitir. Con este método de acceso es normal que haya colisiones. Sin embargo, el retraso causado por las colisiones y la retransmisión es muy pequeño y no suele causar efecto en la velocidad de transmisión en la red. Igualmente este método genera dudas en cuanto a la confiabilidad de que los mensajes sean entregados en tiempo y forma. El protocolo Ethernet permite transmitir datos a través de buses lineales, tipo estrella, o 17 topologías arborescentes. Los datos pueden ser transmitidos a través de puntos de acceso inalámbrico, claves de pares trenzados, coaxiales o fibra óptica, una velocidad de 10 Mbps hasta 1000 Mb/s [4, 5]. Estrictamente, Ethernet se refiere a un producto que es anterior a la norma IEEE 802.3. Sin embargo hoy en día cualquier red compatible con 802.3 se refiere a una Ethernet, la cual a través de los años ha seguido evolucionando, surgiendo variedades de la misma, las cuales se nombra a continuación. 10Base5 Es el estándar de la IEEE de Ethernet original, también llamado Thick Ethernet o Thicknet, para velocidades de 10 Mbps sobre un cable coaxial grueso (10 mm) y rígido. Sin embargo es muy resistente a interferencias externas y tiene pocas pérdidas, la distancia máxima que alcanza es de 500 m. Actualmente 10Base5 ya no se emplea para montaje de redes locales y ha sido sustituida casi en su totalidad, utilizándose en su lugar enlaces de fibra óptica. El nombre se origina de las características físicas del medio, donde 10 es la velocidad en Mbps que puede alcanzar, Base es la contracción de Baseband para indicar la banda de frecuencias producida por una sola transmisión en un canal, y 5 son los 500 m máximos de longitud que puede alcanzar [2]. 10Base2 Se refiere a la variante de Ethernet, también llamado Thinnet, igualmente es empleado para velocidades de 10 Mb/s y soportado sobre un cable coaxial fino (5 mm). Dominó el estándar de 10Base5 por ser más económico y simple. Sin embargo, debido a la demanda de velocidad demandada actualmente para el intercambio de información en las redes a nivel mundial, dicho protocolo se ha vuelto obsoleto igualmente. La distancia máxima que alcanza es aproximadamente 200 m, aunque la óptima no supera los 185 m [5]. 10BaseT Es una variedad del protocolo de red Ethernet recogido en la revisión IEEE 802.3i en 1990 que define la conexión mediante cable de par trenzado, donde generalmente los conectores de estos son RJ45. Son las LAN más comunes hoy en día, y pueden ser usadas por equipos nuevos en la red sin tener que reiniciarla. La longitud máxima de cada cable alcanza hasta 100 m, pudiendo usar repetidores que pueden ser del tipo hub o switch para crear una topología de 18 estrella [4, 5]. Ethernet de alta velocidad (Fast Ethernet) Es un grupo de estándares utilizados en una variedad del protocolo de red Ethernet, recogido en la revisión IEEE que define la conexión a velocidades de 100 Mb/s, se agrego el prefijo fast para diferenciarla de la velocidad regular de 10 Mb/s. Es el estándar más utilizado a nivel mundial, aunque no el más rápido, ya que es superado por el Gigabit Ethernet y 10 Gigabit Ethernet. El estándar más común es el 100BaseTX soportado sobre cable de par trenzado con terminales de RJ45, y es soportado por la mayoría de los dispositivos Ethernet que se produce actualmente. Tiene el mismo alcance y topología del estándar 10BaseT, por lo que tiene la ventaja de poder ser instalada en la red actual sin cambios en la infraestructura de la red. La versión de fibra óptica de estos estándares consigue abarcar mayor superficie sin necesidad de repetidores, alcanzando hasta 2 km [4, 5]. 2.4 Comunicación serial La comunicación serial es un protocolo muy común (no hay que confundirlo con el Bus Serial de Comunicación, o USB) para comunicación entre dispositivos que se incluye de manera estándar en prácticamente cualquier computadora. La mayoría de las computadoras incluyen dos puertos seriales RS-232. La comunicación serial es también un protocolo común utilizado por varios dispositivos para instrumentación; existen varios dispositivos compatibles con GPIB que incluyen un puerto RS-232. Además, la comunicación serial puede ser utilizada para adquisición de datos si se usa en conjunto con un dispositivo remoto de muestreo. El concepto de comunicación serial es sencillo. El puerto serial envía y recibe bytes de información un bit a la vez. Aun y cuando esto es más lento que la comunicación en paralelo, que permite la transmisión de un byte completo por vez, este método de comunicación es más sencillo y puede alcanzar mayores distancias. Por ejemplo, la especificación IEEE para la comunicación en paralelo determina que el largo del cable para el equipo no puede ser mayor a 20 m, con no más de 2 m entre cualesquiera dos dispositivos; por el otro lado, utilizando comunicación serial el largo del cable puede llegar a los 1200 m. Típicamente, la comunicación serial se utiliza para transmitir datos en formato ASCII. Para 19 realizar la comunicación se utilizan 3 líneas de transmisión: 1 Tierra (o referencia) 2 Transmitir, 3 Recibir. Debido a que la transmisión es asincrónica, es posible enviar datos por un línea mientras se reciben datos por otra [6]. 2.4.1 Características de la comunicación serial Las características más importantes de la comunicación serial son la velocidad de transmisión, los bits de datos, los bits de parada, y la paridad. Para que dos puertos se puedan comunicar, es necesario que las características sean iguales. Velocidad de transmisión (baud rate) Indica el número de bits por segundo que se transfieren, y se mide en baudios. Por ejemplo, 300 baudios representan 300 bits por segundo. Cuando se hace referencia a los ciclos de reloj se está hablando de la velocidad de transmisión. Por ejemplo, si el protocolo hace una llamada a 4800 ciclos de reloj, entonces el reloj está corriendo a 4800 Hz, lo que significa que el puerto serial está muestreando las líneas de transmisión a 4800 Hz. Las velocidades de transmisión más comunes para las líneas telefónicas son de 14400, 28800, y 33600. Es posible tener velocidades más altas, pero se reduciría la distancia máxima posible entre los dispositivos. Las altas velocidades se utilizan cuando los dispositivos se encuentran uno junto al otro, como es el caso de dispositivos GPIB [6]. Bits de datos Se refiere a la cantidad de bits en la transmisión. Cuando la computadora envía un paquete de información, el tamaño de ese paquete no necesariamente es de 8 bits. Las cantidades más comunes de bits por paquete son 5, 7 y 8 bits. El número de bits que se envía depende del tipo de información que se transfiere. Por ejemplo, el ASCII estándar tiene un rango de 0 a 127, es decir, utiliza 7 bits; para ASCII extendido es de 0 a 255, lo que utiliza son 8 bits. Si el tipo de datos que se está transfiriendo es texto simple (ASCII estándar), entonces es suficiente con utilizar 7 bits por paquete para la comunicación. Un paquete se refiere a una transferencia de byte, incluyendo los bits de inicio/parada, bits de datos, y paridad. Debido a que el número actual de bits depende en el protocolo que se seleccione, el término paquete se usar para referirse a todos los casos[6].ç 20 Bits de parada Usado para indicar el fin de la comunicación de un solo paquete. Los valores típicos son 1, 1.5 o 2 bits. Debido a la manera como se transfiere la información a través de las líneas de comunicación y que cada dispositivo tiene su propio reloj, es posible que los dos dispositivos no estén sincronizados. Por lo tanto, los bits de parada no sólo indican el fin de la transmisión sino además, dan un margen de tolerancia para esa diferencia de los relojes. Mientras más bits de parada se usen, mayor será la tolerancia a la sincronía de los relojes, sin embargo la transmisión será más lenta [6]. Paridad Es una forma sencilla de verificar si hay errores en la transmisión serial. Existen cuatro tipos de paridad: par, impar, marcada y espaciada. La opción de no usar paridad alguna también está disponible. Para paridad par e impar, el puerto serial fijará el bit de paridad (el último bit después de los bits de datos) a un valor para asegurarse que la transmisión tenga un número par o impar de bits en estado alto lógico. La paridad marcada y espaciada en realidad no verifican el estado de los bits de datos; simplemente fija el bit de paridad en estado lógico alto para la marcada, y en estado lógico bajo para la espaciada. Esto permite al dispositivo receptor conocer de antemano el estado de un bit, lo que serviría para determinar si hay ruido que esté afectando de manera negativa la transmisión de los datos, o si los relojes de los dispositivos no están sincronizados [6]. 2.4.2 Conectores Seriales A continuación se presentan los distintos tipos de conectores seriales presentes en este tipo de comunicación y sus principales atributos. Conector RS-232 RS-232 (Estándar ANSI/EIA-232) es el conector serial hallado en los computadores personales. Es utilizado para una gran variedad de propósitos, como conectar un ratón, impresora o modem, así como instrumentación industrial. Gracias a las mejoras que se han ido desarrollando en las líneas de transmisión y en los cables, existen aplicaciones en las que se aumenta el desempeño de RS-232 en lo que respecta a la distancia y velocidad del estándar. RS- 21 232 está limitado a comunicaciones de punto a punto entre los dispositivos y el puerto serial de la computadora. El puerto de RS-232 se puede utilizar para comunicaciones seriales en distancias de hasta 50 ft. En la figura 2.1 se muestra como es un conector RS-232 y en la tabla 2.1 qué función cumple cada pin que contiene [6]. Figura 2.1 Pines del conector RS232 Tabla 2.1 Función de los pines en un conector RS-232C Número de pin 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Dirección de la señal: Detección del portador (CD) de la señal entrante de un módem Datos recibidos (RD) Los últimos datos de un DCE De transmisión de datos (TD) de salida de datos a un DCE Terminal de datos lista (DTR) de salida de la señal apretón de manos Tierra de señal de voltaje de referencia común de Conjunto de datos preparado (DSR), protocolo de enlace de la señal entrante Solicitud de envío (RTS) de salida de la señal de control de flujo Clear To Send (CTS) El flujo de señal de entrada de control Indicador de llamada (RI) de la señal entrante de un módem El TD (transmisión de datos) es el cable a través del cual los datos de un dispositivo. La línea de TD se mantiene en una condición de marca por el dispositivo DTE cuando está inactivo. El RD (recibir datos) alambre es el de que los datos son recibidos por un dispositivo. RTS significa solicitud de envío. Esta línea y la línea CTS se utilizan cuando el “control de flujo por hardware” está activado en tanto el DTE y dispositivos DCE. El dispositivo DTE pone esta línea en una condición de la marca para decirle al dispositivo remoto que está dispuesto y capaz de recibir datos. Si el dispositivo DTE no es capaz de recibir datos (normalmente debido a que su búfer de recepción está casi lleno), pondrá esta línea en la condición de espacio como una señal para el DCE para dejar de enviar datos. Cuando el dispositivo DTE está listo para recibir más datos (es decir, después de los datos se ha eliminado de su búfer de recepción), se pondrá de nuevo esta línea en la condición de marca. El complemento del alambre RTS CTS, que significa 22 Clear To Send. El DCE pone esta línea en una condición de la marca para decirle al dispositivo DTE que está preparado para recibir los datos. Asimismo, si el DCE no es capaz de recibir datos, pondrá esta línea en la condición de espacio. Juntas, estas dos líneas forman lo que se llama RTS/CTS o control de flujo por hardware. De control de flujo por software utiliza caracteres especiales de control de transmisión de un dispositivo a otro para decirle al otro dispositivo para detener o iniciar el envío de datos. Con el software de control de flujo RTS y CTS líneas no se utilizan. DTR significa Data Terminal Ready por sus siglas en inglés. Su función es muy similar a la línea RTS. DSR (Data Set Ready) es la compañía de DTR de la misma manera que la CTS es la estrategia en tiempo real. Algunos dispositivos de serie DTR y DSR utilizan como señales para confirmar que sólo se conecta un dispositivo y está encendida. Las líneas DTR y DSR fueron diseñadas originalmente para proporcionar un método alternativo de intercambio de hardware. No tendría sentido usar ambos RTS / CTS y DTR / DSR para señales de control de flujo al mismo tiempo. Debido a esto, DTR y DSR rara vez se utilizan para el control de flujo. . La detección de portadora (CD) y el indicador de llamada (RI) están disponibles sólo en las conexiones con un módem. Debido a que la mayoría de los módems de transmisión de información de estado a una computadora personal cuando se detecta ya sea una señal portadora (es decir, cuando se realiza una conexión a otro módem) o cuando la línea está sonando, estas dos líneas se usan raramente [7] Conector RS-422 RS-422 (Estándar EIA RS-422-A) es el conector serial utilizado en las computadoras Apple de Macintosh. RS-422 usa señales eléctricas diferenciales, en comparación con señales referenciadas a tierra como en RS-232. La transmisión diferencial, que utiliza dos líneas para transmitir y recibir, tiene la ventaja que es más inmune al ruido y puede lograr mayores distancias que RS232. La inmunidad al ruido y la distancia son dos puntos clave para ambientes y aplicaciones industriales [6]. Conector RS-485 RS-485 (Estándar EIA-485) es una mejora sobre RS-422 ya que incrementa el número de dispositivos que se pueden conectar (de 10 a 32) y define las características necesarias para asegurar los valores adecuados de voltaje cuando se tiene la carga máxima. Gracias a esta 23 capacidad, es posible crear redes de dispositivos conectados a un solo puerto RS-485. Esta capacidad, y la gran inmunidad al ruido, hacen que este tipo de transmisión serial sea la elección de muchas aplicaciones industriales que necesitan dispositivos distribuidos en red conectados a un computador personal u otro controlador para la colección de datos, interface hombre-máquina, u otras operaciones. RS-485 es un conjunto que cubre RS-422, por lo que todos los dispositivos que se comunican usando RS-422 pueden ser controlados por RS-485. El puerto RS-485 se puede utilizar en comunicaciones seriales de distancias de hasta 4000 ft de cable [6]. 2.4.3 Control de flujo o handshaking El método de comunicación usado por RS-232 requiere de una conexión muy simple, utilizando sólo tres líneas: línea de envío (Tx), línea de recepción (Rx) y conexión a tierra (GND). Sin embargo, para que los datos puedan ser transmitidos correctamente ambos extremos deben estar sincronizados a la misma velocidad. Aún y cuando este método es más que suficiente para la mayoría de las aplicaciones, es limitado en su respuesta a posibles problemas que puedan surgir durante la comunicación; por ejemplo, si el receptor se comienza a sobrecargar de información. Es en estos casos cuando el intercambio de pulsos de sincronización, o handshaking, es útil [6]. CAPÍTULO 3 DESCRIPCIÓN DE TECNOLOGÍAS HONEYWELL 3.1 Red tolerante a fallas (Red FTE) Es el protocolo de información utilizado por Honeywell y es definido como FTE o red tolerante a fallas. El propósito de esta red es proveer la infraestructura necesaria para establecer una conexión robusta y confiable con los dispositivos de control de proceso abiertos, y adicionalmente, suministrar enlaces seguros con la red administrativa. La red Ethernet es un tipo de red similar al estándar IEEE 802.3 y que emplea tecnología CSMA/CD. La tecnología CSMA/CD o acceso múltiple con sensor de portadora y detección de colisión, es un protocolo en el cual se establecen períodos alternantes de contención y transmisión de datos. Con CSMA/CD, cada nodo de la red monitoriza la línea y transmite cuando detecta que dicha red no está ocupada. Para evitar colisiones, los nodos esperan durante un tiempo aleatorio distinto antes de intentar transmitir de nuevo. Físicamente la red FTE está constituida por dos cables de par trenzado sin blindaje (UTP) categoría 6, los cuales poseen una mejor diafonía y una señal de mejor calidad a distancias más largas que sus antecesores los cables categoría 3. Por otra parte los cables UTP Cat. 6 están en capacidad de manejar anchos de banda de 100 MHz. La combinación de un sistema 100 Base-TX con cables UTP Cat. 6 permite dúplex total a 100 MHz pero limita la distancia máxima entre el nodo y el interruptor a 100 m. Para el sistema Experion PKS, la red principal es la red FTE; cuya función primordial no es solamente ser tolerante a fallas, sino que también ofrece un alto desempeño, respuesta rápida, determinismo, confiabilidad y seguridad, los cuales son requisitos indispensables en aplicaciones industriales. La red FTE incluye dos redes que tienen diferente dirección IP, de esta manera una segunda 25 red está disponible si la primera presenta una falla. La red FTE se estructura con dos interruptores Ethernet conectados entre sí mediante un cable cruzado, con lo que se logra tener varias rutas de comunicación entre dispositivos, razón por la cual no sólo soporta una falla sino también puede soportar fallas múltiples. Este esquema requiere de tarjetas de red con puerto dual en cada uno de los servidores, estaciones de operación y/o estaciones de ingeniería que se encuentran en el esquema de red FTE. Los interruptores 10/100BaseT-TX auto sensores para la red FTE, se encargan de establecer la comunicación entre cada uno de los dispositivos conectados a la red. El sistema 100Base-TX es un sistema duplex total, los nodos conectados a este sistema pueden transmitir a 100Mb/s y recibir a 100 Mb/s al mismo tiempo. Con el uso de redes tipo FTE se permite a las computadoras tener múltiples rutas de comunicación, mejorando con esto, el rendimiento de una red tradicional Ethernet y ofreciendo un ambiente de comunicación más seguro y confiable. Básicamente, una red de este tipo (FTE) está conformada por tres niveles de dispositivo. En primer nivel, existen los nodos de la red o cluster, luego interruptores que agrupan los nodos o cluster switches y un nivel superior conformado por un interruptor que agrupa a todos los cluster switches. Además se incluyen todos los dispositivos de control avanzado, que permitan la conexión con un sistema integrado que previene el acceso no autorizado a/o desde una red privada (Firewall), para enlace con la red de la planta por ejemplo. En la figura 3.1 se muestra una arquitectura típica de una Red FTE. Para el Tren C, la Red FTE está conformada sólo por los dos primeros niveles [8]. Figura 3.1 Arquitectura típica de una Red FTE [8] 26 Los diseños de red Honeywell se adhieren estrictamente a todos los códigos eléctricos ANSI/EIA/TIA y a los estándares BICSI de implementación de redes y cableado de datos electrónicos. 3.1.1 Niveles de la Red FTE En general, las redes de control de las plantas de procesos químicos poseen cuatro niveles o capas, utilizados para definir el rango o jerarquía de cada uno de los nodos que participan dentro de la red. La Red FTE de cualquier Sistema Experion posee todos los niveles, y aún cuando cualquier combinación o variación de ellas es posible. A fin de mantener el mayor nivel de seguridad, se suele utilizar la estructura expuesta en la tabla 3.1. Tabla 3.1. Niveles de Seguridad [8] NIVEL Nivel 1 DESCRIPCIÓN Control en Tiempo Real (Controladores & I/O) Nivel 2 Control Supervisorio (Interfaz HMI, Estación de Operación Control Avanzado y Aplicaciones Avanzadas (Aplicaciones de Control no críticas) Otras Aplicaciones de la Planta Nivel 3 Nivel 4 3.1.1.1 Nivel 1 En el Nivel 1 todos los nodos que conforman la red, constituyen el corazón del sistema, en este nivel se llevan a cabo la implementación de lógicas de control que se transmiten directamente a los procesos en campo. Este nivel estará formado por los controladores C300 y los módulos de I/O ubicados en gabinetes tanto locales como remotos. Experion R310 introduce el Control Firewall, un dispositivo que protege cada nodo C300 de información no deseada, proveniente del nivel 2 o niveles superiores. Los controladores C300 van ordenados dentro de un gabinete, ubicado en la sala de control de la planta. Dentro del gabinete las señales de entrada y de salida y el controlador C300 se conectan al Control Firewall como se muestra figura 3.2 existe un dispositivo Control Firewall para cada cable FTE (principal y redundante) [8]. 27 Figura 3.2 Esquema Nivel 1 FTE. Dispositivos protegidos por Control Firewall [8] 3.1.1.2 Nivel 2 El Nivel 2 lo constituyen los Servidores Primario y Secundario, y demás nodos que sirvan para aplicaciones especiales. Como estaciones de control, nodos ACE, y nodos PHD. Estos nodos son utilizados como mecanismos para realizar labores de control. Pero no constituyen un elemento crítico como lo son los dispositivos del Nivel 1. A fin de obtener protección en este nivel se ha resuelto colocar un par de interruptores Cisco (en configuración redundante), y evitar el posible flujo de información no deseado. En la Figura 3.3 se muestra una arquitectura típica de nivel 2 en donde están incluidos los interruptores anteriormente mencionados los cuales se comunicarán con el nivel 1 a través del Terminal Server o servidor terminal (enmarcado en un recuadro rojo) [8]. Figura 3.3 Esquema típico Arquitectura Nivel 2 utilizando interruptores [8] 28 3.1.1.3 Nivel 3 El Nivel 3 lo constituyen todas las subredes que pudieran conformar la red general de la Planta. Por eso, y con el objeto de cumplir con las mejores estrategias de control, la comunicación entre las diferentes subredes FTE deben de permitirse, garantizándose la comunicación entre servidores. Como se puede ver en la figura 3.4 existe un dominio que controla, denominado Domain Controller o controlador de dominio todo el paso de información entre redes, enmarcado en un recuadro rojo, permitiéndoles comunicarse entre sí pero a la vez proporcionando protección a través del firewall (recuadro morado). La comunicación entre redes se da sin embargo por los Routers que se conectan de igual manera por FTE, enmarcados en un cuadro azul [8]. Figura 3.4 Esquema de comunicación entre de Redes de Nivel 2 a través de Routers de Nivel 3 [8] 3.1.2 Variaciones en los Niveles Jerárquicos En algunos casos debido a limitaciones geográficas se hace necesario introducir variaciones a los niveles jerárquicos de topología de red recomendados por Honeywell, este es el caso de la Planta de Fraccionamiento de Jose, en donde la sala de control principal se encuentra distanciada significativamente de la sala de Refrigeración y Almacenaje. Es por ello, que como parte de la 29 solución, se contempla incluir una estación Flex (Nodo Nivel 2) en la sala satélite. En este caso en particular es necesario separar los interruptores usados en el nivel 1 de los interruptores usados en el nivel 2, de manera que la data fluya desde los primeros hacia los segundos pues en estos últimos residen las estaciones y los servidores. En la figura 3.5 se presenta un esquema típico de este tipo de arreglo donde se observa en el medio de la figura como los interruptores controlan el flujo de información ya que vemos que ellos reciben comunicación de los 3 niveles distintos. De la parte inferior provienen los controladores ubicados en los gabinetes. Paralelamente a ellos están las estaciones de control del nivel 2 y de la parte superior proviene información de otras redes que pasa a través del nivel 3 con unos interruptores similares. Figura 3.5 Esquema de integración de los 3 niveles de la FTE [8]. 3.2 Sistema Experion PKS Release 310 El sistema Experion Plant Knowledge System es el último sistema SCADA propietario de Honeywell que ha salido al mercado y es el sucesor del reconocido Total Plant Solutions. La arquitectura del Sistema Experion PKS R310 asegura que el usuario tiene un acceso transparente y completo a la base de datos de los controladores del proceso. Además el Experion PKS se puede integrar con un amplio rango de productos Honeywell (PM, HPM, LM, C300 & Serie A, 30 etc.) y de equipos de otros fabricantes (Terceros), ayudando a la mejora de sistemas existentes y/o habilitando la integración completa de la información del proceso de una planta. Dicha información es accesible por los operadores, ingenieros de proceso y de control de proceso, computadoras del nivel corporativo; permitiendo así un confiable control y monitoreo del proceso lo que contribuye a incrementar la productividad, reducir costos, aumentar los estándares de calidad del producto y disminuir los porcentajes de pérdidas y/o errores. Una típica arquitectura del sistema Experion se muestra en la figura 3.6 donde se exponen todos los equipos que la conforman desde el nivel de supervisión y seguridad hasta el nivel más bajo donde se encuentran los dispositivos que ejecutan las lógicas de control [9]. Figura 3.6 Arquitectura típica del Sistema Experion PKS R301 [9] 31 3.2.1 Controlador de Procesos C300 El Controlador C300 es la nueva generación de controladores con conexión a red Ethernet Tolerante a Fallas (FTE), basado en el ambiente de desarrollo de control (CEE) para aplicaciones continuas. El Controlador C300 es la evolución del controlador C200, con un uso extensivo en campo, en la figura 3.7 y 3.8 se muestran ambos controladores [10]. Figura 3.7. Hardware Controlador C200 Serie C [10] Figura 3.8. Hardware Controlador C300 Serie C [10]. Existen varias mejoras del controlador C300 con respecto a su antecesor las cuales se muestran a contnuación Mayor capacidad en memoria RAM y ROM, lo cual permite implementar módulos de control y secuencias de mayor tamaño y complejidad. Velocidad de procesamiento mayor a 450 MHz. 32 No hay reducción en el número de unidades de procesamiento (PU) al implementarse la redundancia. Soporta configuración redundante de Controlador, sin requerir un módulo de redundancia adicional y/o independiente (esquema mejorado). La redundancia en el C300 se configura a través de una conexión física (cable) que conecta a los dos controladores C300. La sincronización entre el primario y el secundario es completamente transparente para el usuario y el tiempo de transferencia en el caso de un evento es insignificante. Conexiones FTE y enlaces de entrada/salida de doble velocidad. Sesenta y cuatro (64) unidades de entrada/salida en cualquier combinación de las Series C, PMIO y serie A. Uso extensivo de las herramientas del Experion PKS para programación, configuración y monitoreo. FTE-residente. Provee dos (2) interfaces I/O Link, Soporta tanto las entradas/salidas clásicas del TDC y/o TPS como los de la Serie C. Comunicación Peer to Peer con otros nodos C300, así como también con nodos C200 y ACE. Interoperación con el FIM de la Serie C (Modulo Fieldbus de Serie C). Interoperación con PlantScape, Profibus, DeviceNet, Entradas de Pulso y dispositivos seriales vía FTEB. El Controlador C300 no requiere chasis ya que está montado sobre un IOTA, el cual a su vez se conecta al IOTA Carrier [10]. 3.2.2 Software del Sistema de Control Honeywell Experion PKS El Sistema Experion PKS es un sistema de control supervisor modular y completamente integrado diseñado sobre un sistema operativo de alto rendimiento, Windows 2003; que se diferencia funcionalmente del software de PC y los sistemas PLC (Programmable Logic 33 Controllers). El sistema Experion PKS incrementa la productividad de ingeniería a través de herramientas de orientación a objetos y una librería completa con funciones de control de proceso. El Sistema Experion PKS incorpora la tecnología de sistemas abiertos, como Windows 2003 de Microsoft, Ethernet, ODBC, Advanced DDE, Visual Basic y OLE para control de procesos (OPC), en conjunto con el último hardware de PC (basado en tecnología Intel); para así proveer un paquete integrado, de alto desempeño, económico y fácil de usar [9]. 3.2.3 Herramientas de Configuración del Software Experion PKS R310 Configuration Studio El Configuration Studio provee un ambiente centralizado, desde el cual puede configurarse el sistema Experion PKS. Las herramientas individuales requeridas para configurar varias partes del sistema están integradas y son ejecutadas desde el “Configuration Studio”. El Configuration Studio, provee una lista de tareas que deben completarse para configurar completamente el sistema. Cuando se seleccione una tarea, la herramienta (programa) apropiada se ejecuta para poder realizar las actividades de configuración en la misma. Desde el Configuration Studio se pueden ejecutar las siguientes herramientas de configuración: Enterprise Model Builder, Quick Builder, Control Builder, HMIWeb Display Builde [9]. Enterprise Model Builder El “Enterprise Model Builder” es la herramienta que se usa para definir: - Los servidores que constituyen el sistema. - Las unidades o “Assets” que constituyen el modelo o estructura funcional del Sistema. Estas definiciones constituyen la base de datos del Enterprise Model (EMDB) [9]. Control Builder El “Control Builder” es la herramienta gráfica orientada a objetos usada para configurar y/o manejar los módulos de hardware de la Serie C (Controladores C300, Módulos I/O, etc.) y los bloques de función, que permite el diseño, la documentación y el monitoreo de las “estrategias de control de procesos” en un sistema Experion PKS. El Control Builder permite el fácil y rápido manejo de las señales de entradas/salidas y cubre 34 funciones de control continuo, lógico, secuencial, batch y avanzado. Esta herramienta puede ser accedida y/o ejecutada desde el Configuration Studio. Los Bloques de Función (FB’s) son objetos básicos suministrados por Honeywell para ejecutar diferentes funciones de control. Cada bloque tiene parámetros que suministran una visión exterior de lo que el bloque está realizando. Los FB’s se interconectan fácilmente vía “soft wires” para construir aplicaciones o estrategias de control. Los bloques de función son agrupados en los Módulos de Control (CM’s) y, en el caso de las FB secuenciales se agrupan en Módulos de Control Secuencial (SCM). Los SCM simplifican realmente la implementación de lógicas tipo carga utilizando una secuencia requerida para cumplir una o más tareas del proceso. (Ver Figura 3.9) [9]. Figura 3.9 Ejemplo de Módulos de Control [9]. Quick Builder El Quick Builder es una herramienta gráfica que permite definir: Estaciones tipo flex, impresoras, controladores y puntos (los cuales permitirán el monitoreo de equipos de terceros). Luego de definir y/o construir el dispositivo (controladores) y los puntos con Quick Builder, estos son descargados en la base de datos (*.qdb) del servidor. Al descargar dicha información en el 35 servidor, la misma pasa a formar parte de la base de datos de configuración; la cual especifica cómo cada componente se encuentra configurado en el sistema. De ser necesario, la información correspondiente a los parámetros de controladores y puntos podrá ser actualizada y repetirse el proceso de descarga. Así mismo, la base de datos de configuración puede ser extraída desde Quick Builder, ser editada y luego descargada de nuevo al servidor. La figura 3.10 ilustra cómo es la interface del sistema en donde se configuran los puntos a cargar al sistema [9]. Figura 3.10 Pantalla de Configuración Herramienta Quick Builder [9]. HMIWeb Display Builder El HMIWeb Display Builder es la herramienta de dibujo especializada que se usa para crear los despliegues propios de cada proyecto y/o aplicación en específico, lo cual permite adaptarlos a las necesidades particulares de cada cliente y/o de cada proceso. HMIWeb Display Builder posee librerías de símbolos que permiten cubrir un amplio rango de industrias a la hora de desarrollar despliegues y/o esquemáticos. Adicionalmente, es capaz de soportar un número de formatos gráficos tales como: GIF (*.gif), Windows Bitmap (*.bmp), 36 JPEG (*.jpg), Metafile (*.wmf) y Portable Network Graphic (*.png), y permite la inserción en los despliegues de gráficos propios como fotografías y diagramas de disposición. Cada Estación de Operación ES-C, permite monitorear las ventanas/despliegues propios del Experion PKS, facilitándole al operador un cómodo seguimiento del proceso. La figura 3.11 muestra un ejemplo de visualización de un despliegue de operación [9]. Figura 3.11 Esquema de un despliegue de Operación en formato HMIWeb [9]. 3.2.3.1 Puntos de Control (Controladores C300) Para la configuración de puntos en los Controladores C300, de sistema Experion PKS, se utiliza la herramienta Control Builder. El Controlador C300 incluye puntos tipo Control Module (CM’s) y Sequence Control Module (SCM’s), así como puntos que representan el Módulo Procesador de Control (C300), el Módulo de Redundancia y los Módulos de Entrada/Salida (I/O). Los CM’s y SCM’s son puntos tipo contenedor que contienen bloques de función como: AI, AO, PID, Lógicos, Aritméticos, etc. Los puntos del C300 contiene un número de parámetros comunes cuando se cargan al Servidor, tales como: (Point/Module) Nombre, (Point/Module) 37 descriptor, palabra clave, unidades de ingeniería, despliegue del detalle del punto, despliegue del grupo del punto y despliegue asociado, control de nivel, control de área, rangos (bajo, alto), etc. Los tipos de puntos que pueden ser configurados en “Control Builder” para el Controlador C300, junto con sus parámetros característicos, se describen a continuación [9]: Puntos de Tipo Analógico. Los cuales poseen los siguientes parámetros: nombre del punto, descriptor del punto, PV, punto de consigna, salida, modo, definición de 4 entradas, escaneo, status, período de escaneo, dirección de escaneo, indicador de permisividad de alarmas, status de alarmas, despliegue asociado, rango (0% - 100%), control de nivel, bloqueo de señal, unidades de ingeniería, inhibición de alarmas y el último tiempo de la PV procesada Puntos de Tipo Digital (Status). La PV de un punto tipo digital y/o “Status” puede variar desde un bit hasta tres bits (de entrada), permitiendo así hasta ocho posibles estados. Estos puntos incluyen los siguientes parámetros: nombre del punto, descriptor del punto, 8 descriptores de estado, ancho de la salida alarma de prioridad de fallo de control, salida, modo, estatus de escaneo, modo normal, periodo de escaneo, dirección de escaneo, control a nivel de operador, permisivo de alarmas, prioridad de alarmas, estatus de alarmas, despliegue asociado, tiempo de espera del controlador, ancho de la entrada y el último tiempo de la PV procesada. Puntos de Tipo Acumulador. Los datos asociados con entradas de pulso son almacenados en el sistema en un punto de tipo acumulador, el cual proveerá un seguimiento automático del instrumento. Estos puntos poseen los siguientes parámetros: nombre del punto, descriptor del punto, rango 0% y 100%, variable de proceso, control a nivel de operador, variable de conteo, valor escalado, 4 tipos de alarmas, factor métrico, estatus de escaneo, despliegue asociado, período de escaneo, dirección de escaneo, unidades de ingeniería, permisivo de alarmas, estatus de las alarmas. Parámetros Definidos por el Usuario. Con cualquiera de los puntos antes descritos es posible adicionar parámetros de usuario. Esto permite que los puntos tengan valores predefinidos para ser usados en cálculos, aplicaciones y/o scripts. 38 Algoritmos. El sistema Experion PKS permite el anexo de algoritmos estándares a los puntos antes descritos. Las funciones suministradas por estos algoritmos incluyen: Cálculos aritméticos, Cálculos boléanos, Integración, Totalización de horas trabajadas, Inhibir grupo de alarma, Valores máximo/mínimo, Solicitar reportes, Solicitar programa de aplicación, etc. 3.2.3.2 Puntos de Monitoreo (Equipos de Terceros) Los puntos a configurar, en el Servidor Experion PKS R310, para el monitoreo y/o integración de Equipos de Terceros se configuran a través de la herramienta “Quick Builder”, los cuales poseen tipos y parámetros similares a los puntos de Control Builder, a excepción de los siguientes propios de Quick Builder: Puntos Tipo Contenedor. Estos son usados para soportar la construcción de plantillas para despliegues. Este tipo de punto combina un grupo de puntos asociados lógicamente dentro de una estructura sencilla. Los parámetros de los puntos Contenedor son flexibles y pueden contener parámetros tales como: Nivel, Temperatura, Porcentaje de Apertura de la Válvula y Estatus de Válvula de Drenaje. Puntos de Estructura Definida por el Usuario. Estos puntos son para soportar datos ingresados por el usuario o calculados por un programa de aplicación. Los datos contenidos en este tipo de puntos son accesibles por: Despliegues Custom, Reportes Custom, Programas de Aplicación en el Servidor, Programas de Aplicación en la Red, Puntos compuestos Puntos Tipo Script. A cada punto del Experion PKS se le puede agregar un VBScript, programa que permitirá ejecutar una acción en específico. Estos scripts pueden ser habilitados con los estados: OnAlarm, OnChange, OnUpdate, OnAlarm, etc [9]. CAPÍTULO 4 DESCRIPCIÓN DEL PROCESO 4. 1 El gas natural El gas natural se puede obtener de reservorios naturales subterráneos bien sea de gas libre o de gas asociado con la explotación petrolera. Generalmente contiene grandes cantidades de metano (CH4) junto a unas cantidades menores de otros hidrocarburos. El gas natural contiene impurezas tales como H2S, N2, y CO2. También viene saturado con vapor de agua. El principal mercado del gas natural es a través de su distribución a los diferentes centros de consumo que puede ser industrial comercial y domestico. Para ellos, el gas natural debe ser sometido a procesos industriales para cumplir con los requerimientos y especificaciones para las compañías que transportan el gas. A continuación se describen brevemente los procesos involucrados en la industria del gas [11, 12]. Producción. Consiste en llevar el gas desde los yacimientos del subsuelo hasta la superficie, a través de pozos productores. En el subsuelo, el gas se encuentra disuelto o en la capa de gas en los yacimientos de condensado -“Gas Asociado”- y en yacimientos de gas libre -“Gas No Asociado”-. Separación. Una vez en la superficie, el gas natural es sometido a un proceso de separación de líquidos (petróleo, condensado y agua) en recipientes metálicos a presión llamados separadores. Cuando se trata de gas libre, no asociado con el petróleo, este proceso no es necesario, y el gas va directamente al siguiente paso Tratamiento. Es un paso previo a la fase de procesamiento, para eliminar las impurezas que trae el gas natural, como agua, dióxido de carbono (CO2), helio y sulfuro de hidrógeno (H2S). El agua se elimina con productos químicos que absorben la humedad. El H2S se trata y elimina en plantas de endulzamiento. Estas impurezas se recuperan pueden ser comercializadas con otros fines. Extracción de líquidos: este proceso es al que se somete el gas natural rico libre de 40 impurezas, con la finalidad de separar el gas metano seco (CH4) de los llamados “Líquidos del Gas Natural”, LGN, integrados por etano, propano, butanos, pentanos (gasolina natural) y nafta residual. Compresión. Es el proceso al que se somete el Gas Metano Seco, con la finalidad de aumentarle la presión y enviarlo a sistemas de transporte y distribución para su utilización en el sector industrial y doméstico y en las operaciones de producción de la industria petrolera (inyección a los yacimientos y a los pozos que producen por Gas Lift). Fraccionamiento. Los Líquidos del Gas Natural (LGN) se envían a las plantas de fraccionamiento, donde se obtiene por separado etano, propano, butano normal e isobutano, gasolina natural y nafta residual, que se almacenan en forma refrigerada y presurizada en recipientes esféricos [11]. Todos estos procesos se pueden apreciar en la figura 4.1 en donde se esquematiza el recorrido del gas natural desde su extracción hasta su destino final que son los consumidores residenciales industriales y comerciales Figura 4.1 Esquema del procesamiento del gas natural 41 4.1.1 Reservas gasíferas en Venezuela Venezuela cuenta con 147 billones de pies cúbicos (BPC) (4,15 Billones de m3) de gas en reservas probadas, además posee recursos entre 40 y 60 BPC por confirmar. Estas cifras ubican a Venezuela en el primer lugar entre los países de América Latina, novena a escala mundial y séptima respecto a los países que integran la OPEP. En América Latina, Venezuela es el país con más reservas probadas, seguido por Bolivia y Trinidad & Tobago. Las reservas venezolanas representan el 55% de las reservas de la región. De las reservas probadas de gas natural en Venezuela, el 91% corresponde a gas natural asociado. El mayor volumen de reservas del país (70%) está localizado en el oriente, 23% corresponde al occidente y el resto a costa afuera 7%. Las reservas más importantes de gas libre se encuentran costa afuera, siendo las áreas más avanzadas en exploración las correspondientes al Proyecto Mariscal Sucre en el norte de la Península de Paria y las de la Plataforma Deltana, ambas en el oriente del país. La zona del Golfo de Venezuela, en el occidente venezolano, tiene un potencial elevado que comenzará a ser explorado en el marco del Proyecto Rafael Urdaneta. En tierra firme existen reservas de gas en el eje norte llanero donde ya se está explotando el campo Yucal Placer Norte, donde al cierre de 2004 se registró una producción diaria de 60 MMPCD y se espera alcanzar una producción de 300 MMPCD aproximadamente. En el pie de monte andino se está explorando en el Bloque de Barrancas, donde se espera alcanzar una producción de 70 MMPCD. Venezuela también dispone de reservas de gas en proceso de exploración e inicio de explotación en la zona de la Vela de Coro, con una producción inicial de 30 MMPCD para fines de 2005 [11]. 4.1.2 Mercado del gas natural Esta sección muestra la importancia del gas natural y sus derivados en la economía venezolana, razón por la cual es importante que dicha industria cuente con el sistema de control más confiable ofrecido por Honeywell. La producción total de gas en Venezuela está en el orden de los 6.300 millones de pies cúbicos diarios (MMPCD), y parte de él se utiliza en reinyección para mantener el factor de recobro de los yacimientos, el resto va al mercado interno y consumos 42 propios de la industria petrolera. El gas metano (o gas natural) que consume el mercado interno venezolano proviene fundamentalmente de la zona de Anaco, en el estado Anzoátegui, donde se extrae aproximadamente 1.700 MMPCD de producto considerado actualmente como gas libre. Las diferentes empresas, que operan bajo la figura de asociaciones y licencias en el oriente venezolano, suministran cerca de 300 MMPCD, mientras que en la zona occidental del país se produce alrededor de 300 MMPCD de gas asociado en su mayoría. El consumo de gas del mercado interno (2.200 MMPCD) se concentra en cinco grandes sectores: electricidad, petroquímica, siderurgia, mejoramiento de crudo y refinación que representan el 77% [11]. Infraestructura de transporte de gas metano: 5.000 km de gasoductos y ramales. 4 Sistemas de Transmisión: Anaco-Puerto Ordaz, Anaco-Puerto La Cruz, AnacoBarquisimeto y Ulé-Amuay. Clientes: 1.585 clientes industriales 243.632 clientes domésticos 3.510 clientes comerciales 4. 2 Fraccionamiento del gas natural El proyecto de migración por la empresa se realizó en el tren C de producción y al Área de almacenamiento de la Planta de Fraccionamiento de Jose. Por ende, es importante describir más a fondo en qué consiste dicho proceso y hacer énfasis sobre cómo debe de ser aplicado el control industrial en dicha planta. En general, las plantas de fraccionamiento tienen los siguientes objetivos de operación en común: La producción de hidrocarburos livianos en especificación. El control sobre el nivel de impurezas en los productos o pesados. 43 La producción de gasolina natural como corriente de fondo de las torres de destilación. Debido a que las principales funciones del Tren C de la Planta de Fraccionamiento Jose, es la separación de los hidrocarburos que se encuentran en el Líquido de Gas Natural proveniente de los gasoductos de Santa Bárbara y San Joaquín, ambos pozos petroleros ubicados en la región oriental de Venezuela. Una vez separados, los hidrocarburos serán transportados al área de almacenaje y refrigeración conocida también dentro del complejo como Área 380, en el anexo C se podrá apreciar un diagrama de bloques del tren C, en el cual se muestran las operaciones involucradas en el proceso. La principal operación unitaria involucrada en dicho proceso de fraccionamiento será la destilación. Como es de saber, la destilación consiste en calentar un líquido hasta que sus componentes más volátiles pasan a la fase de vapor y, a continuación, enfriar el vapor para recuperar dichos componentes en forma líquida por medio de la condensación. El objetivo principal de la destilación es separar una mezcla de varios componentes aprovechando sus distintas volatilidades, o bien separar los materiales volátiles de los no volátiles. La finalidad principal de la destilación es obtener el componente más volátil en forma pura. En la figura 4.2 se muestra un diagrama de flujo de proceso de fraccionamiento de los líquidos de gas natural Figura 4.2 Diagrama de flujo de proceso fraccionamiento Gas Natural Licuado 44 La separación del GNL requiere de diversos modos de destilación así como también otros métodos distintos de separación. En la tabla 3.1 se muestra los distintos procesos de destilación utilizados comúnmente para plantas de gas natural [12]. Tabla 4.1 Tipos de fraccionamiento de GNL [12] Tipo de Fraccionamiento Demetanizadora Deetanizadora Depropanizadora Debutanizadora Deisobutanizadora Entrada Metano/etano Líquidos de Gas de Petróleo Fondo Deetanizadora Fondo Depropanizadora Tope Debutanizadora Productos de tope Metano Propano Productos de fondo Etano A partir de Propano A partir de Butano Butano (iso + n) Gasolina natural (a partir de pentano) Isobutano N-butano Etano 4.3 Sistemas de control para la industria del gas Es importante la supervisión y el control constante de las siguientes variables claves para asegurar el funcionamiento adecuado a nivel operacional de los distintos procesos así como también mantener la producción deseada: La temperatura del tope de la torre, la variable medida, la cual determinaría la cantidad de productos pesados en la corriente superior de productos, siendo esta la variable controlada. Esta se controla mediante la manipulación de la corriente de reflujo que reingresa a la torre. El aumento del reflujo disminuirá la cantidad de productos pesados en la corriente de tope. La temperatura de fondo de la torre, variable medida igualmente, la cual determina la cantidad de hidrocarburos livianos en la corriente de fondo. Esta se controla mediante el ajuste del calor presente en el rehervidor. La presión de operación de la torre, aunque su variación no afecta no tiene un efecto importante en la calidad de los productos de tope y fondo. En la práctica se utiliza la corriente salida de la torre al condensador para controlar la presión en la columna [9]. Este flujo se puede manipular indirectamente con el calor retirado en el condensador 45 regulando el flujo de refrigerante. En los procesos de destilación es conveniente minimizar la presión de la columna, debido a que esto aumenta las volatilidades relativas y disminuye las temperaturas, por lo que este efecto se extiende a la baja en costos de la energía requerida. Igualmente que para el proceso de fraccionamiento es importante llevar a cabo el control del gas mientras es transportado en tuberías hacia el área de refrigeración y almacenaje de los productos. Se hace estrictamente necesario el control exhaustivo de diversas variables de proceso, sobre todo de la presión y de la temperatura [13]. Un déficit de temperatura puede ocasionar la compresión excesiva del gas y como consecuencia perdida en su capacidad motora; así como un exceso de ella conlleva a un aumento desmesurado de la presión que pone en peligro la estabilidad de la tubería así como la integridad de uniones, codos, válvulas, etc. Por otra parte una presión muy baja trae como consecuencia un retardo en la transmisión del gas entre dos puntos muy distantes del gaseoducto. Todo esto evidencia la importancia de establecer rangos de operatividad de las variables mencionadas (presión y temperatura). De esta manera se presenta la necesidad de implementar un sistema en donde el proceso de medición y control de las variables antes mencionadas sea el más seguro y eficiente, por lo que se propone un esquema de monitoreo y control automático de presión y temperatura en procesos de fraccionamiento y transporte de gases. Por ello, la necesidad de actualizar la plataforma de control del TDC-3000 al sistema Experion. El cual, por su sistema redundante de transmisión y almacenamiento de la información, ofrece un sistema de control a prueba de fallos el cual tiene muy pocas probabilidades de sufrir una falla crítica. Por lo explicado anteriormente no se puede arriesgar la operatividad de la industria. CAPÍTULO 4 METODOLOGÍA La integración de los controladores de otras compañías, comúnmente conocidos como dispositivos de terceros, es parte fundamental de una migración ya que es necesario que la información contenida en los mismos pueda ser reflejada sin ningún problema en el software de Honeywell cuyo propósito es el control y la supervisión exitosa del funcionamiento de una planta. Para lograr que esto ocurra fue necesario seguir una serie de etapas realizadas paralelamente con el proyecto de actualización de software llevado a cabo por la empresa. Dichas etapas van desde la revisión de la base de datos hasta obtener una comunicación exitosa y eficiente entre ambos sistemas. Etapa 1. Levantamiento de información y revisión de ingeniería Levantamiento de información de los puntos existentes en los PLC a ser integrados. Se le solicita al cliente extraer los archivos de base de datos (.EB) contenidos en los PLC ubicados en campo. A través de una Macro en Excel se logra distribuir la información contenida en dichos archivos en una interface familiar. Se separan las señales de control acorde a cómo van a ser ubicadas en la base de datos. Se busca agrupar las señales parecidas (status, analógicas, digitales, etc) dentro de un mismo controlador Se aplican los filtros en cada hoja de trabajo para un acceso más directo a la información. Familiarización con la Herramienta Quick Builder. Se revisa la interface del programa y los tutoriales del mismo. 47 Se crea un canal de prueba de cada protocolo de información (Allen-Bradley, Modbus) con las especificaciones de cada uno acorde con el proyecto. Dentro de cada canal se crea un controlador de prueba y dentro de éste distintos tipos de puntos y señales. Familiarización de Herramientas de análisis. Se familiariza con la herramienta denominada Chequeo de Salud del Sistema Experion, el cual determina el estado de carga o actividad de cada canal de información por separado, esencial para realizar análisis y pruebas. Se familiariza con el comando LISSCN, el cual muestra cuantas lecturas debe realizar el sistema cada vez que hace un chequeo de datos. Etapa 2. Configuración de la base de datos de los PLC en el sistema Experion. Elaboración de la nueva base de datos de dispositivos de terceros A partir de la base de datos, provista por el cliente, en donde se especifican los nombres de los canales y controladores que deben conformar la comunicación del sistema Experion. Se crean estos en Quick Builder, de igual manera que fueron creados los canales y controladores de prueba Se crea un punto perteneciente a cada controlador directamente en Quick Builder. Posteriormente, se importa dicho punto a Excel donde se le completa la información referente a rangos (señales analógicas), alarmas, despliegues asociados, etc. De igual manera en Excel, se van copiando los puntos restantes de cada controlador tomando la información de la base de datos existente. Una vez completada la información, esta se exporta a Quick Builder nuevamente. Finalmente, se carga toda la data al sistema Experion. Se asigna por defecto que el sistema realice la captación de datos de todos los puntos cada 5 segundos. Etapa 3. Estudio y configuración de los equipos de Comunicación Configuración de las unidades terminales 48 Se conectan los multiplexores uno a uno con los puertos de entrada de las unidades terminales que a su vez deben conectarse a los interruptores correspondientes (Primarios y Redundantes) los cuales están cada uno conectados a los servidores Experion. A través de la estación portátil de la arquitectura se accede a las unidades terminales via Ethernet y se le asigna una dirección IP a cada uno. Configuración de los Multiplexores MARC Se conecta al puerto P1 el cable dispuesto para recibir la información del PLC. Se conecta al puerto P2 el cable dispuesto a llevar la información al Terminal Server. Se conecta a través de un cable serial la estación Flex con el puerto de configuración y se accede al software del programa. Se configuran los puertos con el mismo arreglo en las unidades terminales y se resetea cada módulo para que adquiera la configuración establecida. Configuración de los convertidores de señal DL 3500 Etapa 4. Configuración de los canales de comunicación Creación del canal Allen-Bradley Se revisa cada canal Allen-Bradley en Quick Builder y se le asigna la dirección IP principal y redundante respectivamente. Posteriormente se asigna el puerto de comunicación con las unidades terminales. Con el propósito de emular dicho protocolo es necesario un PLC-5 Rockwell. Además de su software asociado RSLinx. Esto con el propósito de simular el modo Data Highway por el cual viaja la información. A través de uno de los puertos del PLC-5 se cablea hasta el convertidor de señal DL3500 y a partir de éste se lleva la señal al multipuerto MARC y posteriormente a las unidades terminales. A través de un puerto serial se conecta el PLC a una estación Flex donde se corre el RSLinx. En dicho software se pueden manipular las señales que serán reflejadas en el Experion. 49 Creación del canal Modbus Se revisa cada canal Allen-Bradley en Quick Builder y se le asigna la dirección IP principal y redundante respectivamente. Posteriormente se asigna el puerto de comunicación con las unidades terminales. Se utilizan los computadores pertenecientes a la arquitectura Experion que se encuentren en proximidad con los multiplexores de puerto como emuladores de protocolo Modbus. Se instala la aplicación ModSim en cada uno de ellos. Las computadoras a utilizar serán, el controlador de dominio, la estación de ingeniería, el servidor Experion principal y el redundante. Se crean los canales de comunicación junto con sus controladores en el software. Cada canal de comunicación requiere de un puerto serial para que sea correctamente simulado. Se conecta cada puerto serial con un multiplexor con configuración RS-232. Se configura cada canal en el ModSim con este tipo de conexión serial. Etapa 5. Pruebas de integración de los equipos Elaboración de pruebas de comunicación del sistema Experion con los equipos de integración con terceros Se crea en la herramienta Quick Builder, el punto de evaluación de comunicaciones, desde una perspectiva general, del sistema Experion con dispositivos de terceros llamado SINEWAVE. Se habilitan desde el sistema Experion los canales dispuestos para comunicación con terceros corroborando que no existan fallas ni errores en el intercambio de datos. Se revisa a través del protocolo FAT y junto con el cliente la base de datos proveniente de los PLC y su correcta representación en el EPKS. Se verifica que la dirección de los puntos en los PLC sea idéntica a la preestablecida en la configuración de las base de datos. 50 A través de los módulos de simulación que se crearon para cada protocolo de comunicación se prueba la comunicación con cada controlador y los atributos de cada punto (Alarmas, Estados, Rangos de operación, etc.) Estudio de la velocidad de respuesta de los canales de comunicación. Una vez probados los puntos, se procede a evaluar el sistema con todas las herramientas de análisis. Se van forzando uno a uno los canales de comunicación hasta llegar a sobrecarga para saber cuál es la condición crítica de cada uno de ellos por separado. En estado de sobrecarga se vuelven a analizar el sistema con el SINEWAVE, LISSCN para verificar como se encuentra el sistema en general bajo dichas condiciones. Implementación de la estrategia de configuración de puntos Se configuran los puntos de manera que sean leídos con una frecuencia acorde con su importancia. Puntos de mayor importancia o de mayor fluctuación tendrán una lectura cada uno o dos segundos. Puntos de menor importancia o menor fluctuación podrán tener mayor tiempo entre cada escaneo. Se verifica que ningún canal este sobrecargado. Se verifica que la onda sinusoidal del sistema sea continua CAPÍTULO 6 DESARROLLO, RESULTADOS Y DISCUSIÓN El Sistema de Control de la Planta de Fraccionamiento del Complejo Criogénico de Jose para el Tren C y Áreas de Refrigeración y Almacenaje está actualmente basado en una topología de red típica Honeywell, que consiste de tres (3) redes Universal Control Network (UCN), con un total de cuatro (4) Controladores Process Module (PM) redundantes y un (1) Controlador High Performance Manager HPM redundante (Ver Anexo A). La solución de control propuesta por Honeywell, para el proyecto “Actualización de la Red de Supervisión y Control del Tren C y del Área de Refrigeración y Almacenaje-Planta de Fraccionamiento de Jose”, contempla el diseño, ingeniería, procura, pruebas FAT, instalación, y pruebas SAT de un Sistema Experion PKS R310 integrado al Controlador de Procesos C300 (En el anexo B se muestra la arquitectura propuesta por Honeywell para el proyecto de migración). Una de las etapas del proyecto antes mencionado incluye la comunicación del sistema Experion PKS R310 con dispositivos de terceros los cuales anteriormente se comunicaban a través de los nodos PLCG. Dichos dispositivos van a ser migrados a nuevos sistemas de comunicación con mayor compatibilidad con los equipos Honeywell. Estos están compuestos por cuatro (4) Unidades terminales, ocho (8) multiplexores MARC y tres (3) convertidores DH+/DF1 cuyas funciones serán explicadas posteriormente. Para llevar a cabo esta fase del proyecto fue necesario dividirlo en 5 etapas. Se comienza primeramente con una familiarización de software y hardware requerido para llevar a cabo esta migración. En esta etapa, también está incluida la recolección de las señales de control pertenecientes al Tren C y al Area 380 que son las áreas del complejo cuyas plataformas serán actualizadas. La segunda etapa consiste en afianzar la base de datos tal y como el cliente la requiera para esta ser cargada al servidor. Posteriormente, se configuran los equipos antes mencionados que pasaran a ser el reemplazo de los PLC Gateway anteriores. Se configura de manera que todos se guíen bajo un mismo protocolo de comunicación serial RS-232, cada dispositivo por supuesto tiene su interfaz distinta con el usuario. 52 Cada procedimiento será explicado en dicha etapa. Esta es la etapa crucial del proyecto ya que de ella depende todo el funcionamiento de los dispositivos de terceros. El éxito de la etapa 3 se podrá ver reflejado en la etapa 4 del proyecto. En dicha etapa se procede a crear la comunicación entre el servidor principal del todo el sistema SCADA y los equipos debidamente configurados y cableados. Esto consiste simplemente en cargar la base de datos al sistema en donde los canales de configuración ya han sido creados. Una vez q estos aparezcan en pantalla es cuestión de activarlos y ver que su comunicación sea efectiva. De esta manera se prueba que ahora las redes Modicon y Allen-Bradley, ahora forman parte de la red FTE. Sin embargo, para dar prueba de su funcionamiento, es necesario crear unos módulos de simulación para cada tipo de canal (Modbus y Allen-Bradley). Estos también son realizados en esta etapa a través de dos (2) software llamados ModSim y RSLinx. Para finalizar el proyecto, se entra en la etapa de pruebas de integración y revisión de protocolo FAT. Las pruebas de integración consistes en una serie de procedimientos dados por el sistema Experion en donde se busca detectar si existe o no una sobrecarga en el sistema y el porqué. Se realizaron dos tipos de prueba. Una prueba general que evalúa el SCADA completo, de manera que nos permite ver que tanto puede afectar dicha etapa de la migración que se está trabajando al sistema general. La otra prueba se refiere más al funcionamiento eficiente de los equipos de terceros y de cómo es su comunicación con el sistema, en pocas palabras, es la evaluación de la comunicación con terceros en específico. A continuación se explican con detalle los resultados obtenidos en las etapas que conformaron el proyecto “Integración de los PLC Allen-Bradley y Modicon a la red FTE del Sistema Honeywell PKS” 6.1 Levantamiento de información y revisión de ingeniería El primer paso a tomar antes de realizar la migración es la obtención y validación de la base de datos. Estas se encuentran actualmente en los controladores PM (07/08) y PM (09/10) de la UCN-13 y PM (07/08) y HPM (09/10) de la UCN-04 los cuales serán reemplazados por Controladores C300, y en los PLC Gateway (que permiten la interfaz de comunicación con Equipos de Terceros) pertenecientes a los HG-05/06/08/09/10/11/12/14/15. Éste es el espacio físico en donde se encontraba la información fuente en primer lugar necesaria para realizar la migración y/o configuración de las mismas en el nuevo sistema Experion PKS. Sin embargo, la 53 información se encuentra en un formato .EB el cual no puede ser leído por programas convencionales de computadoras manejadas por Windows. La información de los PLC Gateway junto con la de los controladores PM y HPM llega al mismo canal de información común denominado LCN (Local Control Network) el cual se encarga de llevar toda la información del proceso al sistema SCADA, en este caso el TDC-3000, y a las diversas estaciones de control de los operadores. Dentro de esta red se encuentran los archivos de base de datos (.EB), estos se extraen de dichas estaciones o servidores a través de discos ZIP debido a la antigüedad de la plataforma del sistema. Para que estos puedan ser leídos en una PC regular, es necesario contar también con un emulador de LCN, el cual tiene como nombre LCNCV, así como un lector de discos ZIP. Una vez obtenidos los archivos .EB se requiere de otra herramienta proporcionada por Honeywell para convertirlos en una Hoja de cálculo de Excel, de esta manera poder acceder y manipular la información en un formato de dominio común. Se utiliza Excel como espacio de trabajo ya que este cuenta con la capacidad de acomodar la información por celdas lo cual resulta muy útil ya que se asigna una columna de celda para cada función o parámetro de cada señal. Además con la utilización de filtros se facilita el acceso a un tipo de información específica. La base de datos migrada va hacia Quick Builder el cual es completamente compatible con Excel. Los archivos .EB, sus siglas significan Exception Build, son archivos creados con el propósito de almacenar información para, de esta manera, poder armar la base de datos de un sistema. La información extraída se almacena en este tipo de archivos. Estos se reflejan en una computadora como un archivo de texto con toda la data del sistema dispuesta de una manera desorganizada e inentendible que es el resultado de lo que se pudo captar de la red de información LCN. La Macro, que no es más que una serie de algoritmos en el lenguaje Visual Basic que llevan a cabo una variedad de acciones de manera repetida y automática, se encarga de interpretar y organizar dicha información para luego mostrarla en varias hojas de cálculo de Excel. Usualmente se separan las hojas de cálculo por cada canal de información. A simple vista pareciera la información no entenderse y en realidad no toda la información expuesta en la base de datos de Excel es necesaria para realizar la migración ya que existen muchos parámetros que sólo eran útiles cuando se utilizaba la plataforma antigua, los cuales se referían usualmente a las 54 direcciones de las señales y a su ubicación física dentro de los controladores o tarjetas de señales de entrada y/o salida. Sin embargo para realizar la migración Experion C300 es necesario solamente recaudar los datos referentes al punto o entidad del sistema. Dichos son el identificador, los parámetros, las funciones de control o adquisición y procesamiento de datos Los parámetros pueden ser los datos de entrada (PV), constantes de entonamiento, salida de control, etc. Las funciones definen la operación del punto y puede ser seleccionada de un conjunto de algoritmos pre-programados del sistema Experion PKS. Las alarmas, rangos de operación y conexiones entre puntos son configurados con los mismos valores que poseen actualmente las bases de datos de la planta de Fraccionamiento de Jose Tren C y Área 380. Para continuar la migración, es necesario aprender a utilizar los programas necesarios para configurar la base de datos para que esta funcione en la red FTE. Para ello se utiliza el Quick Builder. Este es el constructor de bases de datos de puntos en el sistema Experion. Es un programa muy potente ya que este mismo viene programado en ventanas y pestañas las cuales indican el tipo de Canal que se está creando así como que tipo de controlador y su protocolo de comunicación. Además toda la información referente al punto (parámetros, variable del proceso, alrmas, rangos de operación, algoritmos de control). Esta herramienta es compatible con Excel y no requiere de ningún programa especial para adaptar la información. Simplemente es suficiente con crear un punto en el Quick Builder y posteriormente importarlo, junto con todos sus parámetros y propiedades, a Excel. A partir de ese punto creado, se pueden copiar los demás puntos del sistema junto con sus parámetros. Simplemente se pasa la información de la base de datos vieja a la nueva copiando y pegando entre un archivo y otro, verificando siempre que haya concordancia entre la información y la celda correspondiente. El otro programa a utilizar es el Estudio de Configuración del Experion una interface en donde se pueden manipular todos los aspectos del sistema. Este será utilizado solamente para ver reflejada la base de datos cargada al sistema. Lo cual se divide en la activación y desactivación de los canales de comunicación, también se pueden manipular por esta vía los controladores pertenecientes a cada canal y los puntos o señales pertenecientes a cada controlador. La prueba de puntos y señales de control necesario para llevar a cabo el protocolo FAT. Por último, la evaluación del desempeño del sistema completo. También la evaluación específica del sistema de 55 comunicación con terceros es verificada con este programa, a través de una ventana que muestra todos los canales de comunicación y la cantidad de datos recibidos y/o enviados y la cantidad que están en transición. Los últimos dos programas utilizados fueron RSLinx y ModSim. Ambos configurados en la etapa 4 del proyecto ya que estos se van a encargar de simular cada protocolo de comunicación. Estos se utilizan ya que no se cuentan con los controladores programables existentes en el proyecto ya que ellos se encuentran funcionando en campo. Debido a que este proyecto es una fase de uno más grande, y dicha fase se realiza dentro de las instalaciones de Honeywell, solo se trabajará con simuladores. Sin embargo, dentro de la migración completa existe una fase donde se prueba el sistema como los equipos en campo, forma parte de una de las etapas finales del proyecto. Una vez que en ambos programas sean emulados los canales de comunicación, estos serán empleados durante las pruebas FAT, para probar el funcionamiento de las señales de control y que éstas hayan sido cargadas de manera correcta tanto al servidor principal como al redundante. Ambos programas funcionan de manera similar aunque tengan interfaces distintas. Básicamente se tiene que introducir el tipo de señal con la que se piensa trabajar (entrada o salida, analógica o digital) y ambos cuentan con una lista completa de direcciones (cada una adaptada a su protocolo) en las cuales se podrá introducir la información acorde con una determinada señal. 6.2 Configuración de la base de datos de los PLC en el sistema Experion Durante esta etapa del proyecto se procedió a separar, organizar y categorizar todas las señales de control acorde con el tipo de punto que se estuviese tratando. Recordemos que existen señales de entrada y de salida, tanto analógicas como digitales. Dichas señales además tienen un controlador que las precede. A su vez dichos controladores están contenidos dentro de un canal de comunicación. El objetivo de esta etapa del proyecto fue establecer de manera clara los patrones de identificación de los canales y controladores además de asignar correctamente que señales están incluidas dentro de ellos. A su vez fue necesario darle una ubicación o dirección a cada punto dentro de su PLC correspondiente. Esto con el propósito de emular las direcciones que cada señal presenta en su controlador real. De manera tener ya esa información cargada al sistema y no se tenga que 56 reconfigurar la base de datos a la hora de trabajar con ella durante la migración estando en campo. 6.2.1 Lineamientos de identificación para canales y controladores Los canales de comunicación son enlaces que conectan los controladores SCADA con el Servidor Experion PKS R310. Cada controlador debe tener un Canal asociado, los canales de comunicación pueden enlazar varios controladores a la vez. Los PLCs se agrupan de acuerdo a su ubicación geográfica dentro de la planta y de acuerdo a su funcionalidad. La información de cada controlador será explicada más adelante. Para mantener un orden y un sentido se fijaron unos lineamientos de identificación tanto para cada canal como para cada controladaor y fueron los siguientes: Para asignar los nombres de los canales de comunicación se utiliza la siguiente nomenclatura: XX YY NN. XX: Puede ser MB o DH para identificar el tipo de canal de comunicación, MB para Modbus y DH para DH+ (Data Highway Plus). YY: Tiene los caracteres “CH” (de Channel) para indicar que el nombre pertenece a un canal de comunicación. NN: Es un valor consecutivo, en caso que exista más de un canal con los mismos lineamientos. Los controladores representan los dispositivos de terceros. La configuración de los controladores es específica para cada dispositivo e involucra mapa de direcciones, tipo de direcciones (Modbus), tipo de archivo (Allen Bradley), dirección de esclavo, etc. Para asignar los nombres de los controladores se utiliza la siguiente nomenclatura: XXXX_ZT, donde: XXXX es el nombre del PLC donde reside la señal Z: si el controlador es tipo Modbus, este valor puede ser: A, para identificar un controlador para puntos analógicos y D: para controlador tipo digital. T: si el controlador es tipo Modbus, este campo puede ser un carácter I (Input) indicativo de señal de entrada o un carácter O (Output) indicativo de señales de salida. 57 Los puntos de la base de datos para los equipos de terceros son identificados con el mismo nombre (tagname) que actualmente tienen asignado en el sistema de control TDC-3000 Honeywell existente, por lo que no aplica lineamiento para identificar dichos puntos. Una vez establecido los lineamientos de identificación se procedió a aplicarlos en toda la data proveniente de terceros. Para tener una mejor visión de los canales de comunicación y su contenido en la Tabla 6.1 se muestra el mapeo de los controladores programados para protocolo Modbus, que no es más que el seguimiento de realizado a cada controlador desde su origen en la Red Highway conformada por los PLC (Modicon), en donde se recibe la información en primera instancia desde los medidores o las válvulas presentes en campo, luego se menciona a que PLC Gateway reside en el cual se prepara para comunicarse con la plataforma de Honewell y finalmente su canal asociado en el SCADA de Honeywell. Tabla 6.1 Mapeo de los controladores programables en protocolo Modbus Red Hiway Hiway-08 PLCG 36/37 Equipo Asociado Triconex Hiway-11 62/63 Hiway-12 Hiway-15 54/55 56 Cromatógrafos Tren C ACCROVEN Temperaturas 380 Hiway-14 40 Niveles Tanques Controlador TRICONX_DI TRICONX_DO CROMAT_AI CROMAT_DI ACCROVEN TEMP3801DI, TEMP3802DI TEMP3803DI, TEMP3801AI TEMP3,802AI, TEMP3803AI TEMP3804AI, TEMP3805AI TEMP3806AI NIVTQUESAI Canal TCMBCH01 TCMBCH02 TCMBCH03 SRMBCH05 TCMBCH04 La red Data Highway Plus (DH+) está conformada por los PLC Allen-Bradley indicados en la Tabla 6.2. De igual manera se muestra su mapeo completo para establecer la ruta clara del cableado y como va a ser su cambio durante la migración en donde igualmente se exponen los nombres de los canales y controladores establecidos acordes con los lineamientos de identificación. 58 Tabla 6.2 Mapeo de los controladores programables en protocolo DH+ Red Hiway Hiway-06 Hiway-09 PLCG 32 44/45 Hiway-10 46/47 Equipo Asociado CLX A380 Tratadoras C3 (Propano) Tren C Hornos Tren C Controlador CLX01A380 TRATAD1TC TRATAD2TC HORNOSTC Canal SRDHCH01 TCDHCH02 TCDHCH01 6.2.2 Direcciones de los puntos (DH+ y Modbus) Una de las propiedades de los puntos dentro de un controlador programable es su dirección. Originalmente en la herramienta Quick Builder cuando se crea un punto no existe la posibilidad de asignarle una dirección al mismo. Sin embargo, una vez creada la base de datos en dicho programa, existe la posibilidad de importarla nuevamente del Experion al Quick Builder para poder editar cualquier cambio. En este momento, el sistema le añade por defecto unas direcciones a cada punto acorde al protocolo al cual sean configurados. Sin embargo, estas direcciones son asignadas en orden de creación de cada punto. En ese momento el cliente debe proveer la información de las direcciones de manera que puedan ser cambiadas manualmente. Esto se realiza importando la base de datos desde Quick Builder a Excel modificando manualmente, ya que existe una celda en la base de datos referente a la dirección y cada dirección va acorde con su protocolo. Basta con tener la información correcta de las direcciones, dada por el cliente, y se procede a modificarlas una por una. Cabe destacar que es un procedimiento bastante tedioso y sujeto a errores ya que se depende de factores y decisiones externas que no competen a la empresa que presta el servicio. Una vez cargados al sistema tanto los canales y los controladores como los puntos pertenecientes a cada uno de ellos se puede decir que se ha completado la base datos lista a ser migrada. Actualmente el sistema muestra los datos asociados a cada uno de los puntos según los parámetros de las cajas bajo las cuales se encuentran configurados, bien sean los puntos asociados a los controladores PM, HPM ó los asociados a los PLCG (para el manejo de Equipos de Terceros). Los detalles de todos aquellos puntos migrados del sistema TPS se visualizarán a través de las pantallas de detalle típicas y/o propias del sistema Experion PKS R310 (despligues, descriptores, grupos de operación, etc). A continuación se muestra la figura 6.1 en donde se encuentra totalmente configurada la base de Datos. 59 Figura 6.1 Base de Datos configurada en Quick Builder Se sabe que la base de datos queda configurada completamente porque en la figura se muestra que los puntos existen en el sistema por ende ya fueron cargados al mismo. Dichos puntos ya contienen su nombre o etiqueta, su descriptor y toda su información de alarmas y despliegues asociados también fue cargada a los mismos. Por último, ya las direcciones de cada uno corresponden a los PLC a los que pertenecen de manera de asegurarse que el sistema está leyendo la información que proveniente del sitio indicado. Se debe tener especial cuidado si los puntos no quedan bien direccionados puesto que en el Experion éste reportara una información incorrecta y sin embargo, no se podrá notar puesto de igual manera se obtiene de una dirección válida, lo cual puede afectar en inconvenientes a la hora de operar la planta. 6.3 Configuración de los equipos de comunicación Esta es la etapa del proyecto en donde se fijan y se configuran los equipos que serán responsables de recibir, convertir y enviar la información que el funcionamiento del Tren C de la planta de Fraccionamiento y el Area 380 de Almacenaje y Refrigeración así lo requieran. Para realizar el cableado entre dichos aparatos se requirieron de dos (2) tipos de cables. Se necesitaron cables tipo Ethernet para todo lo que fuesen comunicaciones que se fueran a realizar bien sea con el Experion ya que su protocolo de comunicación es muy similar, con la diferencia que la FTE 60 posee redundancia. Además cualquier tipo de intercambio con las unidades terminales, bien sea de parte del Experion o de los Multiplexores de puerto RS-232 requiere también el uso de cable Ethernet. A partir de los Multiplexores de puerto RS-232 toda la comunicación hacia terceros se realiza vía serial (específicamente RS-232), la modalidad utilizada es full dúplex la cual es la configuración más utilizada para las comunicaciones entre equipos de computación. Para ello de todo el puerto seria solo se utilizan 3 pines. El Pin 3 encargado para recibir la información de los equipos hacia Experion. Pin 5 utilizado para enviar información hacia los controladores. Por último, Pin 9 para conexión a tierra. 6.3.1 Configuración Terminal Servers Una vez armada y descargada la base de datos sobre el servidor principal, se procedió a la configuración de todos aquellos dispositivos de que serán los responsables de llevar a cabo la comunicación entre los dispositivos de terceros y el EPKS. Primero empezaremos con las unidades terminales ya que estos van a comunicarlos directamente al Experion y además funcionarán para ambos protocolos. Son en total 4 Unidades terminales, uno destinado para Tren C (Principal) junto con su redundante y el otro destinado para el Área 380 (Remota) y su redundancia. Cabe destacar que se está utilizando esta cantidad debido a que ambas salas de control están físicamente muy distantes unas de otras. Para configurar las unidades terminales se necesita una conexión directa al equipo a través de un computador portátil que dentro de la arquitectura del sistema se conoce como Estación Flex o de Mantenimiento. A diferencia de las estaciones regulares, estas son mucho menos rigurosas en cuanto a seguridad ya que usualmente son manejadas por ingenieros de campo y por su función específica de mantenimiento. Con dicha estación se van a configurar todos los dispositivos del sistema. Las unidades terminales utilizados en este proyecto constan de 8 puertos para protocolo Ethernet. Los parámetros designados para son: la dirección IP con la cual se identifica cada servidor y a su vez todos los canales y controladores que van a pasar por el mismo, es decir, la dirección IP va a permitir que los canales cargados al Experion y la información proveniente de los controladores se comuniquen ya que van a tener la misa dirección. El tiempo de espera del 61 servidor terminal, se refiere al tiempo que éste va a esperar a recibir respuesta de los multiplexores de puerto y del sistema Experion. El tiempo de espera de lectura del canal, como su nombre lo explica, es el lapso que el servidor va a esperar una vez haya establecido la conexión previa para poder detectar canales de información existentes. Una vez detecte el canal, hay un tiempo de espera para leerlo. Los tiempos asignados a cada parámetro forman parte del protocolo que se debe seguir para configurar los servidores, en donde son fijados con los valores mostrados en cada una de las tablas como estándares y sólo se cambian si el proceso o el sistema lo ameritan. El parámetro Canal Marginal se refiere a la relación entre mensajes enviados y mensajes no recibidos del canal. Cuando ésta se encuentra al 25% dicho canal pasa a estado Marginal que se refiere una conexión poco funcional y probablemente sea necesario revisarla. Igualmente el parámetro Canal Fallido evalúa la misma relación solo que ésta al llegar al 50% da como estado de Fallido se van a configurar de la manera en cómo se muestra en las tablas 6.3 y 6.4: Tabla 6.3 Terminal Server Canal FTE A Sala de Control Principal (Nível 2) (TS-02): Variable Dirección IP: Valor 192.168.4.7 Tiempo de Espera Servidor Terminal: 180 sec. Tiempo de Espera Conexión del Canal 10 sec Tiempo de Espera Lectura del Canal: 2 sec. CanalMarginal: 25 beats Canal Fallido: 50 beats 62 Tabla 6.4 Terminal Server Canal FTE B Sala de Control Principal (Nível 2) (TS-02) Propiedad Dirección IP: Valor 192.168.4.8 Tiempo de Espera Servidor Terminal: 180 sec. Tiempo de Espera Conexión del Canal 10 sec Tiempo de Espera Lectura del Canal: 2 sec. CanalMarginal: Canal Fallido: 25 beats 50 beats Las tablas 6.5 y 6.6 ambas muestran como fueron configurados las unidades terminales en las salas remotas. Se realiza de manera similar sin embargo se cambia la secuencia del IP ya que se trata de otras direcciones asociadas, sin embargo se debe mantener que el servidor redundante tenga dirección IP un número mayor que la principal. Tabla 6.5 Terminal Server Canal FTE A Sala de Control Remota (Nível 1) (SR-TS01) Propiedad Dirección IP: Valor 192.168.4.39 Tiempo de Espera Servidor Terminal: 180 sec. Tiempo de Espera Conexión del Canal 10 sec Tiempo de Espera Lectura del Canal: 2 sec. CanalMarginal: 25 beats Canal Fallido: 50 beats 63 Tabla 6.6 Terminal Server Canal FTE B Sala de Control Remota (Nível 1) (SR-TS01) Propiedad Dirección IP: Valor 192.168.4.40 Tiempo de Espera Servidor Terminal: 180 sec. Tiempo de Espera Conexión del Canal 10 sec Tiempo de Espera Lectura del Canal: 2 sec. CanalMarginal: 25 beats Canal Fallido: 50 beats Para la configuración de canales en el Quick Builder es necesario asignarle una dirección IP junto con los otros parámetros que aparecen en la configuración de cada Terminal Server. Dependera de si el PLC está asociado a la sala de control principal (Tren C) o a la sala de control Remota (Área de Refrigeración y Almacenaje). Análogamente, se le colocan a los canales de comunicación la dirección IP redundante. Los dispositivos pertenecientes a la sala principal de control son ACCROVEN, Triconex, Tratadoras de Propano, Hornos de Tren C y Cromatógrafos. A su vez, en la sala remota se encuentran el control Antisurge (CLX A380), Paneles de fuego (Temp A380) y Nieveles de Tanques. Los demás parámetros están referidos al tiempo de intento de comunicación del Terminal Server y los canales antes que se dé la conexión como fallida. Los tiempos asignados vienen configurados por defecto en el equipo. Usualmente esta relación entre mensajes enviados y no recibidos para los parámetros de Canal Marginal y Canal Fallido debería estar a un máximo de 1% para considerarla una comunicación exitosa. 6.3.2 Configuración de Multiplexores de Puerto RS-232 La plataforma de comunicación Modbus permitirá la integración del Sistema Experion PKS con los equipos de terceros los cuales poseen interfaz de comunicación serial RS-232 y/o RS-485. 64 Esta integración se realizará por medio de Multiplexores de puerto RS-232/RS-485 (Modelo 366103-122 / OMNII-COMM-MB-3, Modbus Serial Multiplexer 3 ports, las especificaciones técnicas del dispositivo se encuentran en el anexo D) y unidades terminales, los cuales son interfaces inteligentes que permitirán la comunicación de los equipos de terceros (bajo protocolo ModBus) hacia la red FTE (Para especificaciones técinas del dispositivo ver anexo E). Para configurarlos, como se menciono en la Etapa 3 de la metodología bajo la sección Configuración de los Módulos MARC, es necesario acceder a ellos a través de un cable serial con un canal para mandar información otro para recibir y una conexión a tierra. Se accede al software y se configuran los 4 puertos del multiplexor (P1, P2, P3, P4) bajo las condiciones que se muestran en la tabla 6.7, las cuales son estándares para la comunicación serial RS-232. Tabla 6.7 Configuración Multiplexores de puerto RS-232/RS-458 Propiedad Velocidad Control Flujo Tipo Valor 9600b/s de Bits de Data Paridad: Bits de Parada: Deshabilitado Dinámico 8 Ninguna 1 La velocidad de 9600 b/s es estándar para las comunicaciones con este tipo de dispositivos. El control de flujo también conocido como handshaking se utiliza, principalmente para protocolos RS-232, para regular el flujo de información que llega al multipuerto y la cantidad de información que se emite hacia las unidades terminales y viceveresa. Esto puede tener varios propósitos, cuando ya el servidor no puede recibir más información del cliente y viceversa, o para almacenar aquella data utilizada recientemente y ésta pueda ser de más fácil acceso si se necesita de ella en un tiempo inmediato. Sin embargo, al utilizar el handshaking se reduce el ancho de banda por ende se vuelve el sistema más lento y en este caso se decidió prescindir de esta función ya que el sistema Experion es capaz de aguantar la 65 información enviada por terceros y más. Además es un sistema mucho más rápido que sus predecesores y también consta con la misma cualidad de almacenar información recientemente utilizada en su memoria Flash. Los Data Bits y los Stop Bits son 8 y 1 respectivamente, esta es la disposición estándar que se utiliza para equipos electrónicos nuevos. La paridad se refiere al chequeo de errores la cual también se deshabilita al igual que el control de flujo. Por último, el tipo dinámico se refiere a que por ese canal se va a estar pasando información constantemente en vez de ser sólo cuando la solicita el usuario. 6.3.3 Configuración de Covertidores de Señal DL-3500 Los equipos que funcionen con un protocolo de comunicación Data-Highway (Allen-Bradley de Rockwell) se integrarán por medio de un Módulo Convertidor DH+ a DF1 (Modelo DL-3500) el cual se muestra en la figura 6.2, para llevar del formato multidrop DH+ a formato serial DF1 (para especificaciones técnicas del modelo DL-·3500, ver anexo F); luego para aportarle la propiedad de comunicación redundante compatible con la Red FTE se enlazara con un multiplexor de puerto (Modelo 366-103-121 / OMNII-COMM-DF1-3, A-B DF-1 Multiplexer 3 ports) y de esta forma se lograra la conexión a dos (2) Unidades terminales, uno para cada enlace FTE. Figura 6.2 Módulo Convertidor DH+ a DF1 El último dispositivo, al igual que con el multiplexor, hay q configurar el puerto serial como RS-232 y de igual manera colocarle los mismos atributos ya que de ser distintos no habrá comunicación entre los mismos. Para que este pueda ser compatible tanto con el protocolo Allen- 66 Bradley como para la comunicación serial, el dispositivo debe estar configurado para que su modo de operación sea para convertir a DF1 información que viene por vía serial. El protocolo a trabajar “A-B DH+”(Allen-Bradley, Data Highway Plus) que es el empleado de los existentes en Rockwell. La velocidad del canal serial nuevamente será de 9600 baudios/segudo ya que este es el empleado por los conectores RS-232 de otro modo la comunicación no se da. En figura 6.3 se muestra cómo va configurado el convertidor DL-3500 Figura 6.3. Parámetros generales de la Configuración del módulo DL-3500 En la figura 6.4 se muestra cómo la configuración del canal de salida del convertidor de señal y constatar que es igual al del multiplexor MARC (RS-232). De nuevo, se utilizó en protocolo 8 bits de datos, 1 bit de parada, sin paridad y sin control de flujo 67 Figura 6.4. Parámetros comunicación serial del módulo DL-3500 6.4 Configuración de los canales de comunicación Los canales de comunicación necesitan ser activados desde el Sistema Experion para que puedan ser puestos en funcionamiento ya que éste es el que permite que la comunicación se dé y no viceversa. Esta solo se puede dar una vez que los dispositivos de control estén debidamente configurados y conectados al servidor principal y redundante de manera que sea compatible perfectamente con la red FTE. Se activan los canales desde el servidor y se corrobora que su conexión no pase ni a marginal ni a fallida en cuyo caso estaría presentando defectos. La mala comunicación puede ser dada o por un fallo físico en la conexión del cable serial proveniente de los simuladores de control, o también una mala configuración dispuesta a la hora de elaborar los cables Ethernet. También pueden ser errores por efecto de malas configuraciones en los simuladores los cuales se explicarán más adelante. Es necesario ver tanto el funcionamiento de los canales de comunicación y el funcionamiento de los simuladores de protocolo como actividades de que van en conjunto, es decir, no se va a lograr una sin la otra, he aquí la importancia de esta etapa en el proyecto. 6.4.1 Simulación de puntos SCADA en protocolo Modicon Para poder llevar a cabo las Pruebas FAT, es necesario simular las señales emitidas por los PLC Allen-Bradley y Modbus, ya que con ellos no se puede probar directamente ya que se 68 encuentran operando en campo. Una vez creada la plataforma de comunicación con terceros siguiendo el procedimiento explicado anteriormente, se instalan dos simuladores, uno para cada protocolo, de señales de control y así poder probar todos los puntos y sus parámetros (Estados, alarmas, rangos de operación etc.) en el sistema Experion y además corroborar que su dirección en el PLC es la correcta. Para los controladores Modicon, se utiliza un simulador de señales llamado ModSim, para operar simplemente se crea un canal con sus respectivos controladores y la cantidad de señales que cada controlador requiera, además de especificar si son analógicas o digitales, señales tipo entrada o salida. Como proveedor ficticio de información serial para Modicon se utilizan las computadoras disponibles en la arquitectura del sistema los cuales poseen salidas de puertos seriales y que al instalarse el simulador en cada una de ellas pueden hacer la función de un controlador. A continuación se muestra la tabla 6.8 con cada computadora del sistema utilizada con este fin y que canales contiene: Tabla 6.8 Ubicación de los canales de comunicación en la arquitectura Computadora Canal TCMBCH03 Servidor A TCMBCH02 Servidor B Controlador TCMBCH01 de Dominio Estación de SRMBCH05, Ingeniería SRMBCH04 Se configura la comunicación serial de salida del simulador bajo el mismo protocolo en el cual están configurados los multiplexores. Cabe destacar que si alguna de estas opciones no coincide con la de un puerto serial RS-232, el simulador no cumplirá su propósito. En la figura 6.5 se muestra una imagen del simulador de modbus el cual está siendo configurado con comunicación serial RS-232. 69 Figura 6.5 Pantalla de simulación protocolo Modbus (ModSim) Del lado derecho de la figura 6.6 se muestra la configuración. Se muestra que está en protocolo Modbus unidad terminal Remota, con la configuración de comunicación serial apropiada (RS-232) en donde la velocidad de transmisión es 9600 baudios/segundo los bits de datos y parada son 8 y 1 respectivamente y no existe la paridad. Se debe estar pendiente de configurar los puertos que están siendo utilizados para la comunicación. Se tienen en total 8 puertos, por defecto siempre se trabaja en el puerto uno (1). Excepto para la simulación en la Estación de Ingeniería ya que consta con 2 puertos seriales entonces se utilizan los puertos uno y dos. Este simulador se encarga de enviar cierta información que es captada por los Multiplexores que la transforman en protocolo Ethernet. A partir de este punto la información pasa a las unidades terminales principales y redundantes respectivamente. Desde ahí son leídos por el Experion. Cada canal debe ser creado con una dirección IP que concuerde con las unidades terminales principales y redundantes que hayan sido asignadas. Al canal también se le asigna un puerto de conexión y éste debe coincidir tanto en configuración como físicamente. Para nombrar el puerto en el QuickBuilder se le asigna bajo la ventana de número de puerto los dígitos 200 seguido por el puerto asignado (1-8). En la figura 6.6 se muestra como deben estar configurados los canales propiamente: 70 Figura 6.6 Pantalla de Ejemplo de Configuración adecuada para Canales de Comunicación En la figura 6.6 se muestra el canal señalado TCMBCH02, cuyo nombre va acorde con los lineamientos de identificación establecidos para esta migración. El tipo de puerto utilizar es el de los Terminal Sever. El IP esta propiamente asignado y éste va a depender del área (Tren C o 380) al q pertenezca al canal y en su puerto redundante debe ir el mismo IP pero su último dígito debe ser un número mayor. El tiempo de conexión es de 3 minutos al igual que la configuración del Terminal Server y el puerto de conexión utilizado para el canal debe ser consistente a como está conectado físicamente. 6.4.2 Simulación de puntos SCADA en protocolo Allen-Bradley Para la simulación del protocolo DH+ de Allen-Bradley fue necesaria la presencia física de un PLC-5, igual al utilizado en campo, del mismo protocolo de información ya que no existe un simulador por computadora capaz de recrear el formato multidrop DH+. Este es capaz de simular las direcciones de los puntos dentro del PLC además de adaptarlas a las mismas que ellas poseen en los instrumentos de campos y poder probar así con más certeza los controladores programables de dicho protocolo dentro de las pruebas FAT. Al igual que para el protocolo Modbus, el PLC-5 Allen-Bradley es conectado al desde la estación Flex al controlador vía comunicación serial el cual posteriormente pasa a los convertidores de señales DH+ a DF1. Salvo por el paso del convertidor de señal, la lógica de cómo funciona el canal DH+ es idéntica al Modicon, cuidando por supuesto la asignación de 71 puertos y de direcciones IP correspondientes Las señales que posteriormente serán vistas en el sistema Experion se recrean en el software de los PLC de Rockwell llamados RSLogix, a través de los cuales se pueden simular señales tanto analógicas como digitales de entrada y salida acorde sea el caso. A continuación se presenta la figura 6.7 una representación del software RSlogix captando las señales digitales para los PLC Allen-Bradley. Figura 6.7. RSLogix Señales digitales para los PLC Allen-Bradley Las señales digitales en la figura 6.7 son aquellas que vienen dadas por cada posición dentro de una fila precedida por la letra “N” seguida de un número. La señal digital puede encontrarse en 2 posiciones la cero o la uno. Es cuestión de cada proceso y sus señales involucradas el significado de cada estado. Un poco más arriba de donde dice “OFFLINE” se muestra la conexión que existe entre el software y el dispositivo de control, es necesario que en esta pestaña se muestre que haya comunicación con el PLC. Una vez simulados los dos protocolos de información de terceros se pudo proceder con las pruebas FAT. Además que se pudieron direccionar los puntos dentro de cada PLC por lo cual se 72 pudieron cumplir las indicaciones de dicho protocolo acorde como lo establecía el mismo. 6.5 Pruebas de integración con los equipos Una vez establecida la comunicación a través de los simuladores se procede a las pruebas de integración con los equipos donde se revisa que la información migrada, en efecto, funciona de manera correcta. Estas pruebas deben cumplir básicamente 3 demandas, el protocolo FAT que se encarga de revisar toda la información necesaria dentro de cada señal, esta parte asegura el funcionamiento de las lógicas de control que se encargan de mantener activa la planta. La segunda demanda es la del funcionamiento general del sistema. Actualmente existe un comando que no solo revisa el funcionamiento de equipos de tercero sino toda la arquitectura del Tren C y Área 280 integrada y es la onda sinusoidal. Ésta nos va a mostrar si en efecto el Servidor PKS es capaz o no de aguantar todos los equipos que se le fueron instalados (Estaciones de operadores, controladores de Dominio, Controladores C300, tarjetas de señales de entrada y salida, computador ACE para ejecutar y configurar lógicas de control, etc.). Paralelamente, se le aplicaran pruebas de lecturas a cada controlador. Por último, la implantación de estrategias de captación de datos de cada controlador las cuales son establecidas para optimizar el flujo de información. Con esto se busca que la información de mayor importancia para el control de la planta se actualice rápidamente cuidando que no se sobrecargue el sistema. 6.5.1 Protocolo FAT Las Pruebas de Aceptación en Fábrica son aquellas en donde el cliente corrobora que tanto el software como el hardware de la arquitectura que va a ser instalada en su planta están en correcto funcionamiento. Dichas revisiones se hacen una vez que ya todo el sistema fue debidamente instalado y configurado en el área de pruebas de las oficinas de Honeywell y son parte de un protocolo de seguridad que se debe de cumplir antes que se lleve a cabo la migración de los sistemas en la planta de manera de poder corroborar que todos los lineamientos impuestos por ellos se estén cumpliendo. En dicho procedimiento también están incluidas las revisiones de la comunicación con los dispositivos de terceros, esto sirvió como una manera conveniente para corroborar que la base de datos cargada al sistema no tuviese errores en ninguno de sus puntos y que además se reflejaran 73 correctamente en el sistema Experion. En el Anexo G se puede observar un ejemplo del protocolo de las pruebas FAT en donde se especifican los aspectos a revisar de cada punto perteneciente a dispositivos de terceros. En dicho procedimiento se incluye que revisar el nombre de cada punto, su descriptor y su dirección de los contenidos en el Controlador Programable. Esto referente a la parte de identificación. En cuanto a la parte de funcionamiento se revisan que la variable del proceso de cada punto esté entre los rangos establecidos así como en las unidades apropiadas. También se verifican las alarmas de cada punto tanto los limites de alta y baja como el grado de importancia de cada alarma. Cada punto está asociado a un despliegue o esquemático de la planta en donde se muestra su ubicación geográfica y el equipo en donde el mismo desempeña la función para la cual fue diseñado, esto se verifica también aunque se sale del alcance del proyecto. Es de gran importancia que esta labor se lleve a cabo por un ingeniero de procesos con conocimientos en el área de control y automatización industrial. Es necesario fusionar ambas disciplinas para lograr llevar a cabo la migración. Se necesita saber a ciencia exacta qué función cumplen las señales de control que se están cargando al sistema y si los rangos y alarmas que se están configurando tienen sentido dentro del proceso involucrado. Igualmente la información contenida en los dispositivos de terceros está esparcida a lo largo de todas las áreas del tren de producción y el área de almacenaje y se requiere de su pericia para identificar en donde están ubicadas cada una de las señales y cuál es su función dentro de dicho sector del proceso. Además es importante que el ingeniero de procesos conozca también cómo funciona la arquitectura de control instalada. Con esto, una vez puesta en funcionamiento en campo se puedan atender las eventualidades que ocurren a diario ya que por tratarse de un proceso continuo no se puede esperar a que se traslade a campo algún ingeniero de control a atender cualquier situación. 6.5.2 Chequeo del estado del sistema Experion Una vez establecida la comunicación entre dispositivos de tercero y la arquitectura SCADA de Honeywell, se procedió a evaluarla, de manera de corroborar que ésta no presentara ninguna falla dentro del sistema. Para ello se utilizaron varias herramientas de análisis. La primera es un chequeo establecido por el Experion para sus canales de comunicación con terceros. Por defecto y para los primeros análisis se estableció el período de escaneo para todos los dispositivos de 5 74 segundos para cada uno. Se realizaron las primeras pruebas al sistema, la primera fue la onda sinusoidal acorde con el funcionamiento del sistema. Si dicha curva ocurría de manera continua significaría que el sistema funciona perfectamente. Si la curva presenta escalones o puntos de inflexión significaría que el sistema presenta alguna falla. Para realizar la prueba se debe crear un canal aparte con un controlador y un punto asociado en Quick Builder con las especificaciones que se muestran a continuación en la tabla 6.9 Tabla 6.9 Propiedades del punto a introducir al sistema para la onda sinusolidal Propiedad Valor Tipo de Dirección File Archivo 8 Record 1 Palabra 114 Bit 0 Ancho 16 Formato INT2 Unidades de Ingeniería EU Valor Rango 100% 10000 Valor Rango 0% 0 De esta manera se configura el punto para que capte la información de una dirección específica del sistema la cual va arrojando valores en el rango especificado y que de funcionar el sistema correctamente se debería proyectar una onda sinusoidal. Para que esto se dé se crea en el servidor una gráfica que capte la información recibida por dicho punto al que llamamos “SINEWAVE”. En la figura 6.9 se muestra el funcionamiento del sistema con las condiciones predeterminadas de lectura de todos sus puntos cada 5 segundos, nótese que la curva tiene una forma suave y continua lo que demuestra cómo va desempeñándome el SCADA de Honeywell 75 Figura 6.8. Onda Sinusoidal del EPKS sin ninguna estrategia. La razón por la cual dicha curva es suave, sin picos, y de manera sinusoidal, es porque al tratar procesos continuos, como los referentes a la actividad petroleras y de extracción de gas, se necesita un flujo constante de información para mantener el control de la planta con la que se esté trabajando. Una curva que presente picos o escalones, no representan el funcionamiento adecuado ya que, un comportamiento como tal, refleja que se está acumulando información en el Terminal Server o que simplemente no se está enviando o recibiendo información de los controladores. Esto se puede traducir, en que ni las variables del proceso continuo, ni las alarmas que lo regulan, intercambien información constantemente, situación que podría llevar en el peor de los casos a un accidente en campo. Para corroborar dicho resultado se probó que ningún canal de información que contenga los dispositivos de terceros, esté sobrecargado, es decir, que los paquetes de información que mande no se queden estancados en el tráfico sino que puedan llegar a tiempo a su destinatario. A continuación se presenta la figura 6.9 que representa dicho análisis del sistema Experion a todos los canales de información sin ningún tipo de percance. La información que interesa interpretar de la figura 6.9 se explicará posteriormente. 76 Figura 6.9 Vista general de los canales de comunicación con terceros en el EPKS De los canales del protocolo de información de Rockwell existen 2 de ellos que se encuentran en modo fallido, esto ocurre gracias a que sólo se dispone de un PLC para realizar las pruebas de comunicación. Sin embargo, estas pruebas son muestras suficientes de todo cambio posible que se le pueda incluir a la arquitectura de la planta de Fraccionamiento de Jose en su Tren C y su Área de Almacenaje y Refrigeración. De estas pruebas lo más importante a destacar es la sección que se encuentra por debajo del la columna que tiene como título “Ovld” ya que esto indica si el canal de comunicación está sobrecargado, es decir, que la cantidad de información que se le exige es mayor que la que puede proveer o que no la puede cumplir en el tiempo estipulado. Además de la indicación de sobrecarga además se encuentran las columnas de “Daq” y “Cnt”, éstas se refieren a los pedidos pendientes bien sea de adquisición de datos o de señales de control a los distintos PLC. Usualmente si existe buen funcionamiento en el canal el número en cada columna debería ser cero o por lo menos mantenerse en un valor cercano al mismo y eventualmente llegar a cero. Posteriormente se realizan las pruebas de escaneo, éstas muestran cuantos paquetes de información está leyendo el sistema en total cada vez que hace una captación de datos y el promedio de puntos leídos por segundos. Además la información se expone acorde a la frecuencia con la que se leen todas las señales que pueden ir desde cada un segundo pasando por una serie de intervalos hasta el último que se refiere a la lectura de un punto una vez por hora o 3600 segundos. 77 Estas pruebas se ejecutan a través de un comando, que se introduce en la Ventana de Comandos de Windows del servidor principal de la arquitectura, que se llama LISSCN y que posteriormente se puede importar a cualquier archivo de texto o tablas en Excel. En la figura 6.11 se muestra una de las pruebas realizadas con este comando. De la manera como son presentados los resultados es muy incomodo trabajar, ya que por lo reducido del espacio de la ventana de comandos no se muestran todos los datos, en la figura 6.10 se observa cómo hay tablas que se muestran incompletas y además tampoco éstas pueden ser manipuladas, por ser esta una ventana de comandos Figura 6.10 Pantalla del comando ejecutado LISSCN De este archivo también se extraen todos los controladores y cierta información referente a los controladores contenidos en el sistema se dan sus nombres, el tipo de lectura que se realiza en los mismos, cual es el primer punto asociado y su dirección exacta. Toda esta información sirve para corroborar la validez de los mismos sabiendo que fueron cargados de manera correcta en la base de datos del Experion. En la tabla 6.10 se muestra la extracción de esta información del reporte 78 Tabla 6.10 Controladores ubicados por el comando LISSCN TIPO DE LECTURA RTU Adquisición en Hardware 1 Adquisición en Hardware 2 Adquisición en Hardware 4 Adquisición en Hardware 6 Adquisición en Hardware 9 Adquisición en Hardware 10 Adquisición en Base de Datos 20 Adquisición en Hardware 11 Adquisición en Hardware 3 Adquisición en Hardware 12 Adquisición en Hardware 13 Adquisición en Hardware 14 Adquisición en Hardware 15 Adquisición en Hardware 16 Adquisición en Hardware 17 Adquisición en Hardware 18 Adquisición en Hardware 1 Adquisición en Hardware 2 Adquisición en Hardware 9 Adquisición en Hardware 3 CONTROLADORES PRIMER PUNTO PRIMERA DIRECCIÓN CLX01A380 XSD809LW.PV N7:0/4 for 35 TRATAD1TC KV100726F.PV N7:0 for 114 HORNOSTC HS731051.PV N7:4/9 for 33 TRICONX_DO HS709121.PV ACCROVEN 03_TI_0202_1.PV TEMP3801DI UI810101.PV CONUSE1 SINEWAVE.PV TEMP3802DI UI810201.PV 2001 BIT 0 for 38 400002 U4095 for 74 100037 BIT 0 for 33 F: 8 R:1 W:114 B:0 W:16 INT2 100024 BIT 0 for 33 TRATAD2TC AE100701.PV TEMP3803DI UI810301.PV TEMP3801AI TI8095G.PV TEMP3802AI TI8096G.PV TEMP3803AI TI8095T.PV TEMP3804AI TI8096W.PV TEMP3805AI TI809JZ.PV TEMP3806AI TI80974.PV N7:271 for 4 100027 BIT 0 for 33 300015 U4095 for 23 300015 U4095 for 23 300015 U4095 for 23 300015 U4095 for 23 300015 U4095 for 24 300015 U4095 for 31 CLX01A380 HS809F61.PV N7:41/5 for 23 TRATAD1TC TJB108C01.PV ACCROVEN 03_FI_0202_1_2.PV N7:521 for 10 407002 U4095 for 38 TRATAD2TC AE1005041.PV N7:283 for 4 79 Continuación tabla 6.10 Controladores ubicados por el comando LISSCN Adquisición en Hardware Adquisición en Hardware Adquisición en Hardware Adquisición en Hardware Adquisición en Hardware 1 CLX01A380 HS809UA4.PV N7:69 for 31 3 TRATAD2TC II10018.PV N7:311 for 4 3 TRATAD2TC AE100610.PV N7:323 for 16 3 TRATAD2TC AE1005104.PV N7:346 for 6 3 TRATAD2TC AE100614.PV N7:360 for 4 Cuando se trata de controladores la adquisición de datos es directamente del hardware o equipo, eso se refiere a que son datos tomados de los instrumentos ubicados en campo que se almacenan en el PLC. Sin embargo, el controlador CONUSE1 utiliza información que le provee la base de datos del Experion, esto es porque dicho controlador es ficticio y fue creado para evaluar el desempeño general del sistema. La dirección que muestra es la única existente y su creación fue explicada anteriormente. La información más importante para sacar conclusiones y tomar decisiones acerca de la estrategia de escaneo de datos, esta al igual que la tabla anterior se extrae del reporte LISSCN. Se muestra en la columna principal muestra los períodos o intervalos de tiempo en los que se puede hacer una lectura de datos, estos van de un segundo a una hora. Existen 2 lugares posibles en donde pudiera haber lectura de puntos en este caso. El primero y más importante es el Hardware el cual está referido a los controladores programables, en este se muestran la cantidad de escaneos (S), puntos (P) y direcciones (A). Recordemos que las direcciones pueden ser asociadas a más de un punto. El otro es el perteneciente al canal evaluador del sistema y es la base de datos que solo consta de escaneos (S) y puntos (P). Existen 2 tablas de este tipo, una muestra el número de señales totales asignadas a cada período. La segunda, un poco más didáctica muestra el número de puntos y lecturas que ocurren cada segundo. En la Tabla 6.11 se muestra el escaneo de puntos por segundo y fueron las utilizadas para evaluar cada estrategia de comunicación e intercambio de información. Los números que aparecen son referentes a una primera prueba que se le hizo al sistema sin aplicar ninguna estrategia de captación de datos 80 Tabla 6.11. Escaneo de puntos por segundo Periodo Tiempo (s) 0 1 2 5 10 15 30 60 120 300 900 1800 3600 Sub total Base de Datos S P 0 0 0 0 0 0 0.2 0.2 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 S P 0.2 0.2 S 0 0 0 4.6 0.1 0 0 0 0 0 0 0 0 S 4.7 Hardware P 0 0 0 214.8 114.6 0 0 0 0 0 0 0 0 P 329.4 Total A 0 0 0 301.4 10 0 0 0 0 0 0 0 0 A 311.4 S 0 0 2 4.8 0.1 0 0 0.3 0 0 0 0 0 S 7.2 P 0 0 0 215 114.6 0 0 0 0 0 0 0 0 P 329.6 6.5.3 Estrategias de escaneo de datos Para llevar a cabo estas estrategias fue necesario aplicar criterios sobre ingeniería de procesos ya que fue necesario determinar cuál era el papel que cumplía cada controlador dentro de las áreas de operación a migrar. En base a esto se estableció un orden de prioridad para cada uno. Para ello fue necesaria la revisión de las señales que estos incluían y si la función que desempeñaban iba acorde con el controlador apropiado. Por otro lado, a la hora de aplicar una estrategia de escaneo se tuvo que fijar primero que señales merecían un escaneo con un período más corto para garantizar una mejor operatividad y en cuales era posible fijar uno más largo y de esta manera no sobrecargar el sistema con información innecesaria. Para poder ubicar las señales de control críticas fue necesario un conocimiento del proceso llevado a cabo en campo y de esta manera realizar una búsqueda más rápida a través de los despliegues configurados en el sistema. Sin conocimiento del proceso hubiese sido imposible puesto que existen más de 5000 puntos cargados a la base de datos del sistema y se hace imposible la idea de revisarlos uno a uno por su nombre. Estas estrategias buscan un mejor funcionamiento del sistema, es decir, la captación más eficiente de datos. Aquellos datos que requieran ser actualizados en períodos más cortos serán por 81 su importancia dentro del proceso o por exigencias del cliente. Aquellos otros datos que no son tan cambiantes se podrán actualizar de manera más lenta logrando así un equilibrio dentro del sistema. Por el contrario, si alguna de las estrategias implementadas no cumple con éxito las pruebas de funcionamiento del sistema, es decir, logran sobrecargar el canal de comunicación en donde fueron impuestas, quedarán destacadas ya que lo anterior es prioridad dentro del proyecto de migración. Por exigencias del cliente se pidieron que los puntos de estados se actualicen lo más rápido posible. Para ello, se le bajo el periodo de escaneo de 5 segundos como habían sido configurados todos los puntos del sistema originalmente a 2 segundos. Los controladores que poseen entradas digitales reportados en la base de datos son Triconex, Tratadoras de C3, CLX01A380 y Temperaturas A380. La mayor prueba quizá para el sistema haya sido bajar la lectura de PV al controlador CLX01A380 puesto que consta de 968 puntos de estado. Una comunicación exitosa con este controlador sin sobrecarga dio una mejor visión de la capacidad del sistema sobre qué cantidad de puntos de estado puede soportar a 2 segundos. Triconex consta de 158 puntos digitales de entrada y 28 puntos de salida y no presentó mayor problema a la hora de reducir su período de lectura. Al controlador de Hornos igualmente se redujo el PV Scan a 2 segundos (137 señales) y las señales analógicas se mantuvieron a 5 segundos ya que por tratarse de un horno es un equipo mucho más delicado con el control de temperaturas ya que se ven incluidos factores de seguridad tanto humana como del funcionamiento de la planta que requieren constante monitoreo de parte del sistema. Las tratadoras de propano, en general, poseen la particularidad que para controlarlas es necesario constar con entradas analógicas y entradas digitales. Las entradas analógicas para este controlador son en su mayoría indicadores de temperaturas, dichas señales no presentan usualmente cambios tan bruscos en su PV. Muchas de estas señales poseen un amplio rango de operación lo que significa que pequeñas variaciones de la a través del tiempo no presentan una falla crítica para el equipo. Dichos valores empiezan a llamar la atención cuando se acercan bien sea a su límite inferior o a su límite superior. Por estas razones, se aumentó el rango de escaneo a 10 segundos para las entradas analógicas de temperatura. De esta manera, se le está quitando carga tanto al canal como al sistema. A la hora de reducir el período al canal SRMBCH05 referente a las Temperaturas del A380, se 82 presentó una sobrecarga a pesar de solo contar con 39 puntos de estados, sin embargo, dicho canal cuenta con 6 controladores lo que significa mayor carga para el mismo ya que de hacerle una lectura a cada uno por separado lo cual toma mayor trabajo que hacer una lectura a muchos puntos en un solo controlador, además que también existen señales analógicas las cuales poseen mayor información y presentan una mayor carga al estar ubicada en distintos controladores. Al aplicar el comando LISSCN al sistema sobrecargado se obtuvo un resultado de 29,1 lecturas de los dispositivos realizadas por segundos. Para establecer una comparación, el valor por defecto fijado de períodos de 5 segundos para el escaneo de todas las señales fue de 7,2 lecturas por segundo. Con esto se muestra que el sistema presentaba una carga mayor significativa. Sin embargo, a pesar de presentar una sobrecarga, el punto SINEWAVE del sistema siguió presentando una curva suave sin picos. Se mantuvo entonces la configuración original de la lectura cada 5 segundos. El controlador proviene de otra planta que tiene el mismo nombre que se encarga de surtir con gas natural al complejo Jose. Contiene en su mayoría medidores de flujo de gas. Las mediciones de flujo por lo general presentan mayores fluctuaciones que las de temperatura o las de presión, en especial los flujos de gas. Esto es porque usualmente, dichas fuentes de gas natural provienen de yacimientos los cuales no funcionan a un ritmo constante, por ende se le hace muy difícil a un PLC poder gobernar las salidas de flujo con la precisión con la que pueden cumplir otras labores. Por estas razones, es importante que el período de lectura de los medidores de flujo sea el menor posible. Originalmente, se intentó colocar períodos de 1 segundo dentro del controlador sólo para los indicadores de flujo pero el canal presento sobrecarga. Se dio prioridad a los medidores de flujo que se dejaron en 2 segundos mientras que las señales de presión y temperatura a 5 y 10 segundos respectivamente. Los controladores de Niveles de Tanques y Cromatógrafos no necesitaron mayor estrategia. Niveles de Tanques es un controlador de muy pocas señales y todas son de controladores de nivel las cuales no varían mucho por ende no requieren que el sistema las supervise con tanta frecuencia, se estableció que se verificaran una vez cada 60 segundos. Cromatógrafos es un PLC que realiza análisis del producto y como está saliendo. Esta información es más que todo utilizada para la realización de reportes y para la evaluación periódica del proceso. Esto quiere decir que tampoco cumple un papel crítico en materia de seguridad que requiera de una captación de datos instantánea. Es por esto, que se deja como estuvo configurada por defecto a 5 segundos. CONCLUSIONES Una vez completado y verificado todas las etapas del proyecto se pudieron llegar a las siguientes conclusiones: - Se logró la comunicación en su totalidad de los controladores programables de los protocolos Modbus y Allen-Bradley con la Red FTE de Experion de Honeywell. - Se logró configurar los equipos encargados en llevar a cabo la comunicación del sistema Experion con terceros a comunicación serial RS-232. - Se logró la configuración correcta de las unidades terminales logrando así una comunicación exitosa sin fallos con el SCADA principal. - Se determinó la importancia de trabajar con sistemas redundantes, a pesar de ser dispositivos muy inteligentes siempre pueden estar expuestos a fallos y no se puede depender el funcionamiento de la planta en solo uno de ellos. - El protocolo FAT aunque tedioso y largo, fue necesario para verificar que en efecto la migración está avanzando correctamente ya que se está logrando que se logro reflejar en la interface del Experion datos provenientes de sistemas completamente ajenos sin ningún tipo de incongruencias en el resultado final. - Se utilizaron con éxito las pruebas para evaluar el desempeño del Experion una vez implementado, de esta manera se pudo probar que el sistema comunica con dispositivos de terceros sin inconvenientes verificando así el objetivo principal del proyecto. - La herramienta más útil empleada fue la que el mismo sistema provee ya que permitió ver el funcionamiento de cada canal por separado y que está ocurriendo dentro del mismo haciendo así más fácil de detectar alguna falla - Se pudieron implementar las estrategias planteadas para una mejor captación de datos. A excepción de las Temperaturas del Área 380 ya que al tratarse de varios controladores dentro del mismo canal se aumentaba la carga ya que éste requería hacer varias lecturas para captar toda la información. - La comunicación con terceros es fundamental ya que, en varios casos, se requiere controlar una planta que debido a la lejanía de la sala de control no se puede controlar directamente sino que se requiere de un PLC operando cerca de dicha área lejana. - Existe también la limitante económica por la cual no siempre es posible migrar todos los sistemas de control requeridos a tecnologías Honeywell y por esto también es necesario contar con la comunicación con terceros. 85 RECOMENDACIONES Las siguientes son recomendaciones sobre acciones que no se pudieron llevar a cabo en el proyecto y se aconseja aplicar en un futuro o para proyectos similares. - Se recomienda, si se quiere una mejor estrategia, evaluar el proceso más exhaustivamente con el cliente para poder así determinar que es más conveniente para el funcionamiento de la planta - Se recomienda para realizar cualquier tipo de migración comenzar por un buen levantamiento de información, realizado de manera cuidadosa y de revisión constante en dicha etapa, la cual lleve a la consolidación de la base de datos para trabajar cómodamente a lo largo del proyecto. - Se recomienda estandarizar los procesos de levantamiento de información y disponerlos en forma de manual para facilitar la migración y que ésta pueda ser llevada a cabo por cualquier ingeniero. - Se recomienda seguir llevando a cabo una mayor cantidad de pruebas de captación de datos, en donde se cuente con mayor información del proceso, para así poder adaptar los controladores aun mejor al proceso logrando una comunicación entre terceros más efectiva. 86 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS (1) Honeywell Inc. 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Disponible en internet: http://www.gas.pemex.com/NR/rdonlyres/05E98E6D-E390-4A3D-AAC75E170558FA20/0/PROCESOSINDUSTRIALESnoviembre06.pdf, consultado el 7 de octubre de 2009 88 ANEXO A En la figura A.1 se muestra una vista general del sistema TDC-300 de Honeywell descontinuada. La figura A.1 es una foto tomada desde uno de los despliegues ya migrados la nueva consola. Es importante conocer la arquitectura TDC-3000 para poder ubicar los nodos de comunicación con terceros involucrados en el proyecto. Figura A.1. Arquitectura antigua Tren C y Area 380 (TDC-3000) 89 ANEXO B En la figura B.1 se muestra la arquitectura propuesta para la migración del Tren C y Area 380 de la planta de Fraccionamiento de Jose. En dicha figura B.1 se pueden identificar las Estaciones, Servidores, Controlador de Dominio, controlador ACE, el tendido de la red FTE, los controladores C300 y los dispositivos de terceros existentes una vez migrados, es necesario tener una visión más amplia del sistema de control de las plantas a migrar y las conexiones existentes entre cada uno de los dispositivos. Figura B.1. Nueva Arquitectura del Tren C y Area 380 uilizando Experion PKS 90 ANEXO C A continuación, en la figura C.1, se presenta un diagrama de bloques del tren C de la Planta Fraccionadora del Complejo Criogénico de Oriente Jose el cual muestra las operaciones llevadas a cabo en esa línea de producción además de cuáles son los productos de entrada y de salida del sistema. Figura C.1 Diagrama de bloques del tren C de la Planta Fraccionadora de Jose 91 ANEXO D Las especificaciones técnicas de los Multiplexores de Puerto Modbus / DF-1 (MARC) son mostradas en la figura C.1 en donde se explican las dimensiones, condiciones de operación, aspectos de los puertos I/O y los protocolos que maneja el dispositivo Figura D.1 Especificaciones Técnincas Multiplexores de Puerto MARC 92 ANEXO E La Tabla D.1 representa la hoja técnica para los “Terminal Server Stallion EasyServer II” necesarios para la integración de Terceros (Modbus/DH+) a la red FTE. Contiene información referente a la configuración de los puertos y los protocolos de comunicación que maneja. Tabla E.1 Especificaciones Técnicas “Terminal Server Stallion EasyServer II” Puertos/Servidores 8 Procesador Motorola MC68306 20 MHz Memoria 2 MB RAM, 1MB FLASH including non-volatile Ethernet SMSC 91C96 Ethernet Controller with packet RAM Serial Interface Electrica SC26C198 intelligent octal UARTS with - Automatic flow control (software and hardware) - Automatic identification of highest priority interrupt - Automatic character recognition - Up to 512 bytes of FIFO buffering on chip - Data rates from 50 bps to 230 Kbps RS-232-D Tipo de Conector Shielded RJ45 8 wire with transient suppression Interfase con la Red 10BaseT Extensiones del servidor Truport and Extend transparently extend IPX/SPX and NetBEUI routing and ML-PPP services under UnixWare and Windows NT respectively Protocolos de la Red TCP/IP, IPX (printing) Protocolos Seriales PPP, SLIP, CSLIP Port signaling TXD, RXD, RTS, CTS, DTR, DCD, SG (DTE configuration) Via Web browser, command line interface (CLI) via terminal or telnet and through Extend/Truport (for individual ports) SNMP MIB II, Web ‘Wizards’ Configuración Manejo Características Operacionales Seguridad Self or network booting. LAN and serial status LEDs PAP, CHAP, port/user/server password, dial-back support optional RADIUS 93 Continuación Tabla E.1 Especificaciones Técnicas “Terminal Server Stallion EasyServer II” Certificación de seguridad UL 1950 (listed), EN60950 Certificction EMC FCC Class A, EN55022 Class A, EN55082-1, CE, CTick Internal auto-sensing 110-240 V AC 250 mm wide x 145 mm deep x 60 mm high Operating temp 5-50° C Energía Dimensiones Ambiente Sistema Operativo relative humidity 10-80% non-condensing General: most popular UNIX platforms TruPort: SCO UNIX/OpenServer R5/UnixWare; SVR4, Solaris (Intel only) Extend: NT (entire, incl Terminal Server Edition and Small Business Server); Citrix WinFrame and MetaFrame 94 ANEXO F La figura F.1 es una ficha técnica que aplica para los convertidores DF-1 a Data Highway Plus (DH+) para PLC’s Allen Bradley, Marca Equustek Modelo DL-3500 necesaria para reconocer los aspectos del dispositivo al momento de su configuración Hardware Specifications CHA: DH-485 4800, 9600 or 19.2 Kbaud, DH+ of 57.6, 115.2 y 230.4 KiloBaudios CHB: Interface Serial que utiliza cables RS232C, RS422-4 y cables RS485-2 con velocidades hasta 230.4 KBaud. Interface Windows USB. Pushbuttons: Configuración de Parámetros en linea, Reset para un reset de Hardware Parametros: Almacenados en EEPROM Flash Firmware: permite facilitar actualizaciones Luces de Canales: Bi-Color (Green/Red) Led indicates channel activity and status Luz de Encendido: luz verde indica que esta encendido Dimensiones: 1.05” H x 4.2” D x 3.45” W (26.2 x 105.0 x 86.3 mm) Peso 0.66 Lbs (0.3Kg) Instalación: Metal Enclosure; Desktop or Din Rail Mounting; Ambiente de operación: 32 a 122 °F (0 a 50 °C) Almacenaje: -40 a 185°F (-40 a 85°C) Humedad: 5% a 95% sin condesación Energía: 9-27V DC o USB - 1.8 Watts Figura F.1 Ficha técnica de los convertidores DF-1 a Data Highway Plus, Marca Equustek 95 ANEXO G En la tabla F.1 se muestra el protocolo de pruebas de aceptación de fábrica específicamente para la prueba de puntos de dispositivos de terceros para protocolo DH+. Se muestra a manera de ejemplo de los pasos a seguir en dichas pruebas. Tabla F.1 Protocolo de pruebas FAT para puntos provenientes de terceros LISTA DE REVISION PARA BASE DE DATOS SCADA CANAL: TCMBCH04 CONTROLADOR: TEMP3806AI (1/1) Pregunta 1: El Tag y el descriptor corresponden con el punto configurado. Pregunta 2: La dirección del PLC, en la red DH+, es la correcta. Pregunta 3: La dirección del Punto, en la base de datos del PLC, es la correcta. Pregunta 4: Las condiciones de alarma programadas (si aplica) para el punto se ejecutaron correctamente. TAGNAME DESCRIPCION SEÑAL DIR BIT Pregunta1 Pregunta2 SI SI N/A NO TI80926 SAL-PROD-INTE D2-80922.1 AnalogPoint 44 TI80931 SAL-PROD-INTR D2-80922.2 AnalogPoint 45 TI80934 SAL-I-BUT INT D2-80925.1 AnalogPoint 33 TI80933 SAL-I-BUT INT D2-80925.2 AnalogPoint 34 TI80923 SAL-PROD-INTE D2-80920.1 AnalogPoint 35 TI80922 SAL-PROD-INTE D2-80920.2 AnalogPoint 36 TI80950 ENT N-BUT INTER D2-80924 AnalogPoint 37 TI80949 ENT N-BUT INTER D2-80923 AnalogPoint 38 TI80951 SAL N-BUT INTER D2-80924 AnalogPoint 39 TI80921 SAL-PROD-INTE D2-80921.1 AnalogPoint 40 TI80920 SAL PROD INTE D2-80921.2 AnalogPoint 41 TI80938 SAL-I-BUT INT D2-80926.2 AnalogPoint 42 TI80935 SAL-I-BUT INT D2-80926.1 AnalogPoint 43 TI80974 PER 68F-3IN NBUT D980921 AnalogPoint 15 TI80975 PER 58F-1IN NBUT D980921 AnalogPoint 16 TI80976 PER 49F-3IN NBUT D980921 AnalogPoint 17 TI80982 PER 38F-3IN NBUT D980921 AnalogPoint 18 TI80983 PER 28F-3IN NBUT D980921 AnalogPoint 19 TI80984 PER 18F-3IN NBUT D980921 AnalogPoint 20 TI80985 PER 8F-3IN NBUT D980921 AnalogPoint 21 Comentarios Generales: PDVSA HONEYWELL Pregunta3 N/A SI NO Pregunta4 N/A SI NO N/A NO 96