Fase 3: Distribución funcional de E/S
En este artículo tratamos la distribución de E/S (índice de las fases de diseño).
3-Agrupación y segmentación de señales y racks – Distribución funcional
La forma en que distribuimos las señales de E/S y los módulos y los racks es una parte esencial del diseño del sistema de control al que no se le presta en muchas ocasiones demasiada atención. La calidad del diseño final puede llegar a ser mala o muy mala si no hemos realizado una buena agrupación y segmentación de señales funcional con el foco puesto en los equipos de campo, es decir, en lo que queremos controlar y automatizar. Es verdad que parece algo obvio, pero no lo es si nos atenemos a la cantidad de malos diseños que pueden encontrarse en este aspecto.
Esta distribución funcional de señales debe ser siempre una prioridad del diseño sin importar el tamaño del sistema y si es redundante o no. Lógicamente si el sistema es pequeño la distribución será sencilla o incluso no existirá tal distribución sí tenemos muy pocas señales. En sistemas medianos y grandes es muy importante.
Por otro lado, es muy diferente distribuir las señales en el caso de sistemas de alta disponibilidad (señales redundantes, lógica 2oo3) que en el caso de sistemas sin redundancia.
La distribución de señales debe realizarse de forma que el fallo de un módulo de E/S no provoque una parada total o parcial de la planta o del equipo y dependerá en cada caso del criterio utilizado.
Las señales más críticas son las que producen la parada total y una de las prácticas habituales es triplicar los instrumentos y realizar una lógica 2 de 3 (2oo3) en el controlador. En las plantas de proceso se utilizan ya desde hace muchos años trasmisores y señales analógicas para este tipo de casos. El diseño debe realizarse de forma que cada canal de la señal triple se ubique en un módulo diferente y, si es posible en un rack de E/S diferente. Si los tres módulos están en el mismo rack éste debe tener fuente de alimentación redundante.
En el siguiente nivel tenemos las señales redundantes con lógica 2 de 2 (2oo2). Son señales también críticas relacionadas con los equipos principales cuyo mal funcionamiento provoca la parada total o parcial, por ejemplo, los finales de carrera y las órdenes de abrir/cerrar a las válvulas principales. Cada canal de la señal redundante debe cablearse a un módulo diferente y, si es posible a un rack distinto. Si ambos módulos son del mismo rack éste debe tener fuente de alimentación redundante.
En el último nivel tenemos las señales simples que podemos dividir en varias categorías. Por un lado tenemos las señales que no provocan directamente una parada como pueden ser permisivos de arranque y encendido, salidas a lámparas, señales de equipos que sólo se utilizan durante los procesos de arranque, etc. Un ejemplo pueden ser las señales de los ignitores de encendido de los quemadores de una caldera.
Otra categoría de señales no redundantes son las que afectan a equipos no críticos o equipos duplicados (primario y secundario de backup). El clásico ejemplo es el del grupo de bombeo compuesto por dos bombas del 100% de capacidad. En operación normal sólo trabaja una de las bombas y en caso de fallo arranca la otra de forma automática. Otro ejemplo lo tenemos en una caldera de varios quemadores en la que no sea crítico perder uno de los quemadores.
Lo que sí es importante en todos estos casos de señales no redundantes es distribuir las señales de E/S en módulos diferentes. Por ejemplo, en el caso de las dos bombas tenemos que evitar utilizar el mismo módulo para ambas, y en el caso de los quemadores lo aconsejable es realizar una distribución que afecte al menor número de quemadores en caso de fallo de un módulo.
En definitiva, hay que evitar los llamados fallos de modo común (“common mode failures”).
Otro aspecto a tener en cuenta es el número de señales por módulo, es decir la densidad, pues utilizar módulos de alta densidad (de 32 o 64 E/S) no implica que el coste del PLC vaya a ser más bajo. Esto se entiende fácilmente si tenemos en cuenta lo indicado anteriormente sobre la distribución funcional (en base a los equipos de campo) de las E/S. Lo que está claro es que cada caso es diferente y debe analizarse bien.
Enlace a la siguiente fase: CPU y Arquitectura.