Estudio de un Administrador de Activos con instrumentación Fieldbus Foundation

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1 UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR Decanato de Estudios Profesionales Coordinación de Ingeniería Electrónica Estudio de un Administrador de Activos con instrumentación Fieldbus Foundation Por Imad Marmoud Naser Sartenejas, abril de 2008

2 UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR Decanato de Estudios Profesionales Coordinación de Ingeniería Electrónica Estudio de un Administrador de Activos con instrumentación Fieldbus Foundation Por Imad Marmoud Naser Realizado con la Asesoría de Prof. Gregorio Drayer Ing. Rafael Bullones INFORME FINAL DE CURSOS EN COOPERACIÓN TÉCNICA Y DESARROLLO SOCIAL Presentado ante la Ilustre Universidad Simón Bolívar como requisito parcial para optar al título de Ingeniero Electrónico Sartenejas, abril de 2008

3 UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR Decanato de Estudios Profesionales Coordinación de Ingeniería Electrónica Optimización de un Administrador de Activos con instrumentación Fieldbus Foundation INFORME FINAL DE CURSOS EN COOPERACIÓN TÉCNICA Y DESARROLLO SOCIAL presentado por Imad Marmoud REALIZADO CON LA ASESORIA DE Prof. Gregorio Drayer e Ing. Rafael Bullones RESUMEN Este trabajo presenta el uso de un Administrador de Activos para diagnosticar y administrar la instrumentación en una planta, las ventajas que ofrece en comparación con las técnicas de diagnóstico y la administración de instrumentos antes de la aparición de este tipo de herramientas. Para esto se decidió utilizar el Administrador de activos de Yokogawa, llamado Plant Resource Manager (PRM), junto con un controlador, un instrumento Foundation Fieldbus y dos instrumentos HART de la misma corporación. Se observó la manera en la que el PRM administra los instrumentos, de qué forma los diagnostica, se utilizó un programa de diagnóstico llamado DTM Works, y se determinó que un Administrador de Activos mejora notablemente el diagnóstico al hacerlo de manera remota además de facilitar al personal de mantenimiento de una planta, la organización de los instrumentos. Esto último redunda en la reducción de costos en los gastos de mantenimiento de una industria y el mantenimiento eficaz y efectivo de los equipos que componen una planta. PALABRAS CLAVES Administrador de Activos, Diagnostico Industrial, Automatización, Foundation Fieldbus Sartenejas, abril de 2008

4 i INDICE GENERAL 1. INTRODUCCIÓN OBJETIVOS OBJETIVO GENERAL OBJETIVOS ESPECÍFICOS MARCO TEORICO HISTORIA DE LOS TRANSMISORES Ventajas de los transmisores inteligentes TECNOLOGÍA FOUNDATION FIELDBUS Qué es la tecnología Foundation Fieldbus? Beneficios de la tecnología Foundation Fieldbus en las fases de una planta Alarmas de los dispositivos FF Foundation H Modelo de Bloque Funcional Administrador de Activos MANTENIMIENTO DE INSTRUMENTOS EL PRM COMO ADMINISTRADOR DE ACTIVOS Tareas principales del PRM Jerarquía del PRM dentro de una Planta Dispositivos manejados por el PRM MÉTODOS Y PROCEDIMIENTOS CREACIÓN DEL SEGMENTO FIELDBUS FOUNDATION EN EL STARDOM INTEGRACIÓN DEL PRM CON EL STARDOM Conexión del PRM con el controlador STARDOM Instalación del PRM Comunicación entre el PRM y el STARDOM CREACIÓN DE LA ESTRUCTURA DE PLANTA EN EL PRM PRUEBAS DEL PRM CON LOS INSTRUMENTOS FF PRUEBAS CON DISPOSITIVOS HART MATERIALES Y EQUIPOS UTILIZADOS HARDWARE SOFTWARE RESULTADOS OBTENIDOS MUESTRA DE LAS CARACTERÍSTICAS DEL PRM PRUEBAS CON EL INSTRUMENTO DEL SEGMENTO FF Pruebas del Grupo A Pruebas del Grupo B Pruebas del Grupo C Pruebas del Grupo D Pruebas del Grupo E Pruebas del Grupo F Pruebas del Grupo G PRUEBAS CON LOS DISPOSITIVOS HART Pruebas con el Transmisor EJA530A Pruebas con el Transmisor de Presión EJX110A DISCUSIÓN DE LOS RESULTADOS CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES... 60

5 ii 9. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS APÉNDICES A. REQUERIMIENTOS DE LA PC PARA INSTALAR EL PRM B. GLOSARIO C. PROCEDIMIENTO DE INSTALACIÓN DEL PRM Configurar Windows Desactivación de las funciones de Seguridad Instalar el PRM Configuraciones luego de haber instalado PRM... 76

6 iii INDICE DE FIGURAS Figura 1. Diagrama de Bloques funcionales de la teconología Foundation Fieldbus...11 Figura 2. Ejemplo de bloques funcionales de la tecnología Fundation Fieldbus...12 Figura 3. Diagrama del posicionamiento del PRM en la Estructura de una Planta Figura 4. Lista de dispositivos para agregar a la librería Figura 5. Detección automática de los parámetros de los dispositivos FF...18 Figura 6. Ejemplo de programa FBAP...19 Figura 7. Selección del módulo FF del STARDOM para iniciar la descarga...19 Figura 8. Indicación de las rutas para los archivos Host y los archivos DD...20 Figura 9. Selección del segmento a analizar...20 Figura 10. El estado del segmento y de los instrumentos conectados Figura 11. Configuración de las etiquetas de variables FF...21 Figura 12. Configuración de las etiquetas de variables FF...21 Figura 13. Programa de Control...21 Figura 14. Diagrama de conexión del PRM con el STARDOM en una sola PC...22 Figura 15. Herramienta para crear la ruta de los dispositivos del PRM...23 Figura 16. Transmisor de Temperatura YTA Figura 17. Conexión de resistencias en el Transmisor de Temperatura YTA Figura 18. Ejemplo de desconexión de resistencias para las pruebas C...27 Figura 19. Ejemplo de cortocircuito de conectores para las pruebas D...27 Figura 20. Ejemplo de sobrecarga de conectores de sensores para pruebas E...27 Figura 21. Ejemplo de cambio a modo O/S para pruebas F...28 Figura 22. Ejemplo de cambio de tipo de sensor para pruebas G...28 Figura 23. Controlador STARDOM tipo FCN, de YOKOGAWA...30 Figura 24. Transmisor de Presión Diferencial FF, de YOKOGAWA, modelo EJA430A...30 Figura 25. Transmisor de Temperatura FF, de YOKOGAWA, modelo YTA Figura 26. Posicionador de Válvula FF, de FISHER, modelo DVC5010F...31 Figura 27. Transmisor de Presión diferencial HART, de YOKOGAWA, modelo EJX110A32 Figura 28. Trans de Presión absoluta HART, marca YOKOGAWA, modelo EJA530A...32 Figura 29. Icono de Estado del dispositivo y de Alarma en los instrumentos...34 Figura 30. Vista de Planta del PRM...35 Figura 31. Vista de Red del PRM...35 Figura 32. Vista de Clases del PRM...36 Figura 33. Herramientas especiales para los instrumentos...36 Figura 34. Detalles comunes de un instrumento en el PRM...37 Figura 35. Detalles de identificación de un instrumento en el PRM...37 Figura 36. Lista de bloques FF de un instrumento FF en el PRM...38 Figura 37. Configuración en la obtención de datos de un instrumento por parte del PRM...38 Figura 38. Estado de las Alarmas para pruebas del Grupo A...39 Figura 39. Alarma de Mantenimiento por la Prueba del Grupo A...40 Figura 40. Estado de las Alarmas de las Pruebas del Grupo B...41 Figura 41. Alarma de Mantenimiento de las Pruebas del Grupo B...42 Figura 42. Estado de las Alarmas de las Pruebas del Grupo C...43 Figura 43. Alarma 040 en la pantalla LCD del Transmisor YTA

7 iv Figura 44. Alarma de Mantenimiento de la Pruebas del Grupo C...44 Figura 45. Estado de las Alarmas de las Pruebas del Grupo D...45 Figura 46. Alarmas AL161 y AL171 en la pantalla LCD del Transmisor YTA Figura 47. Alarma de Mantenimiento de las Pruebas del Grupo D...46 Figura 48. Estado de las Alarmas de las Pruebas del Grupo E...47 Figura 49. Alarma AL170 en la pantalla LCD del Transmisor YTA Figura 50. Alarma de mantenimiento de las Pruebas del Grupo E...48 Figura 51. Estado de las alarmas de las Pruebas del Grupo F...49 Figura 52. Alarma AL022 en la pantalla LCD del Transmisor YTA Figura 53. Alarma de Mantenimiento de las Pruebas del Grupo F...50 Figura 54. Estado de las Alarmas de las Pruebas del Grupo G...51 Figura 55. Alarma AL032 en la pantalla LCD del transmisor YTA Figura 56. Alarma AL034 en la pantalla LCD del transmisor YTA Figura 57. Alarma AL193 en la pantalla LCD del transmisor YTA Figura 58. Alarma de mantenimiento de las Pruebas del Grupo G...53 Figura 59. Estado de las alarmas de autodiagnóstico del transmisor EJA530A...54 Figura 60. Herramientas de calibración del Transmisor de Presión EJA530A...55 Figura 61. Estado del Transmisor de Presión EJA530A...55 Figura 62. Estado de las alarmas de autodiagnóstico del Transmisor EJX110A...56 Figura 63. Entradas del proceso del transmisor de presión EJX110A...57 Figura 64. Alertas del proceso del Transmisor de Presión EJX110A...57 Figura 65. Ejemplo de módulo de equipo...68 Figura 66. Relación entre módulos de control, módulos de equipos, e ID del dispositivo...69 Figura 67. Flujograma de Instalación del PRM...70 Figura 68. Pestaña Esquemas de Energía del cuadro de diálogo Propiedades de la Energía.71 Figura 69. Pestaña Hibernación del cuadro de diálogo de Propiedades de la Energía...71 Figura 70. Cuadro de diálogo de Configuración del Muro de Fuego (Firewall)...72 Figura 71. Permitir el acceso local y remoto y luego aceptar...73 Figura 72. Permitir los permisos de ejecución y activación local y remota...73 Figura 73. Permitir que los permisos de todos se apliquen a usuarios anónimos...74 Figura 74. Selección de los paquetes del PRM...75 Figura 75. Muestra de los pre-requisitos de instalación del PRM...75 Figura 76. Indicación de la secuencia de Instalación de los Pre-requisitos...76 INDICE DE TABLAS Tabla 1. Tabla 2. Disponibilidad de comunicación en línea para cada tipo de instrumento...14 Agrupación de las pruebas con los instrumentos FF...24

8 v LISTA DE ABREVIATURAS DD: Device Descriptor (Descripción del dispositivo). DTM: Device Type Manager (Administrador de Tipos de Dispositivos). EDDL: Electronic Device Descriptor Language (Lenguaje Electrónico de Descripción de Dispositivos) FCJ: Field Control Junction (Unión de Control de Campo). FCN: Field Control Node (Nodo de Control de Campo). FBAP: Function Block Application Process (Proceso de Aplicación de Bloques Funcionales). FF: Foundation Fieldbus. HART: High way-addressable-remote-transducer (Transductor remoto direccionable de con alto tráfico) LCD: Liquid Crystal Display (Pantalla de Cristal Líquido) NCS: Network-based Control System (Sistemas de Control basado en Redes). PAM: Plant Asset Manager (Administrador de Activos de Planta) PC: Personal Computer (Computadora Personal) PLC: Programmable Logic Controller (Controlador Lógico Programable). POU: Program Organization Units (Unidades de Organización del Programa). PRM: Plant Resource Manager (Administrdor de Recursos de Planta) SCADA: Supervisory Control and Data Acquisition (Sistema de Control Supervisorio y Adquisición de Datos). STARDOM: STrategic ARcher for new business DOMain (Arquero estratégico para el nuevo dominio de negocios).

9 1 1. INTRODUCCIÓN En las plantas de producción modernas existen dos actividades principales: operación y mantenimiento. Son dos actividades entrelazadas, ya que se podría decir que una no puede funcionar bien sin la otra. La tareas de operación junto con las de monitoreo son realizadas principalmente por un sistema de control con la ayuda de un sistema SCADA. Aquí, actúa el personal de operación quienes se encargan de supervisar la buena marcha del proceso, así como la observación de ciertas variables, tendencias, etc. [5] Por otro lado, se encuentran las tareas de mantenimiento que son realizadas por el personal de mantenimiento de la planta. Estas tareas consisten en observar el estado de todos los instrumentos y de los controladores, con el objeto de lograr que la planta estuviese marchando en buen estado. De manera que si un instrumento se encuentra en falla o mal calibrado, es tarea del personal de mantenimiento reemplazarlo o re-calibrarlo. También es tarea del personal de mantenimiento verificar el estado y reparar los enlaces de comunicación, como cables y ondas de radio, a fin de garantizar que no se hayan dañado por mordedura de roedores, altas temperaturas y presiones, fuego, humedad, polvo o cualquier tipo de situación hostil presente en la planta. [5] Anteriormente, las tareas de mantenimiento eran realizadas usando formularios de mantenimiento, grandes archiveros que contenían los datos de calibración de instrumentos, la calibración era poco precisa, ya que en muchos casos dependía del giro de una perilla u otras partes mecánicas. De manera que era muy tedioso realizar el mantenimiento de los equipos. Por otra parte, el personal se tenía que trasladar obligatoriamente a donde se encontraban los instrumentos para poder observar su estado y realizar el respectivo mantenimiento. Todo esto, se debe a que la instrumentación que se ha vendido usando, utiliza una señal neumática de 3-15psi, o una señal de corriente eléctrica continua de 4-20mA. [6] Con el pasar del tiempo, diversos fabricantes desarrollaron instrumentos con microprocesadores capaces de dar información acerca de su propio estado, permitiendo al personal de mantenimiento a través de un dispositivo llamado handheld conectarse al instrumento y realizar un diagnóstico más efectivo. Esto resolvió ciertos problemas, como por ejemplo, el diagnóstico se hacía más rápido y más preciso, ya que lo realizaba un dispositivo electrónico.

10 2 Sin embargo, algunos problemas siguieron sin resolverse, como el caso del traslado del personal al lugar hostil donde se encuentran los instrumentos. Además, todavía se tenía archivos en papel con la data de calibración y, un problema aun mayor, cada fabricante poseía su propio dispositivo calibrador, de manera que si en la planta existen instrumentos de diversos fabricantes, se tenía un handheld para de cada fabricante. Por consiguiente, en la sala de mantenimiento se tenía un estante con los handheld de los fabricantes de los instrumentos que estaban instalados en la planta. Si bien el mantenimiento mejoró en ciertos aspectos, seguía siendo costoso por el equipo y la cantidad de horas-hombre empleadas. [7] Cabe destacar que en estas dos tecnologías, el mantenimiento de la planta era llevado a cabo por la intuición y la experiencia del personal de mantenimiento y de los reportes almacenados en los archiveros. Esto traía como consecuencia la fuerte dependencia del personal experto, y cuando se quería contratar más personal de mantenimiento, estos últimos tenían que recibir un largo entrenamiento por parte de este personal y leer los reportes de fallas anteriores. Este entrenamiento del personal, le traía a la empresa muchos gastos de tiempo y dinero, usados en traspasar la experiencia del personal antiguo al nuevo personal contratado. Con la aparición y la aceptación del estándar Fieldbus Foundation, una serie de problemas se resolvieron tanto en la implantación, como en el uso y mantenimiento de los instrumentos en todo el proceso de la automatización. Esta tecnología reduce considerablemente el uso de cables, ya que la conexión se realiza a través de un bus en la cual se pueden conectar en la práctica hasta 12 instrumentos en serie. Estos instrumentos también vienen con un microprocesador integrado que permite obtener no solo la variable del proceso, sino también otros datos acerca del estado y la calibración del mismo. La comunicación es digital y bidireccional, logrando así el envío y la recepción de datos desde y hasta el controlador, y a su vez, a las estaciones PC. El hecho de que el protocolo Foundation Fieldbus sea un estándar, redujo considerablemente los costos en equipos de calibración, porque los instrumentos de todos los fabricantes con esta tecnología deberían comunicarse usando el mismo protocolo, facilitando así la comunicación digital de los instrumentos entre sí y entre los instrumentos y el controlador, así sean de distintos fabricantes. Otro aspecto resaltante de esta tecnología, es el hecho de que las variables del estado del instrumento también serán enviadas a niveles superiores, dando la posibilidad de realizar el

11 3 mantenimiento en línea, sin necesidad de recurrir al sitio donde se encuentra el instrumento. Esto significó un gran avance en el campo del mantenimiento industrial por el hecho mismo de realizar el diagnóstico de los instrumentos desde un lugar remoto como una sala de control. Además, la data de calibración de los instrumentos podría ser descargada en línea, y a su vez, almacenada en una base de datos en una PC. [7] De allí, surgieron los programas PAM, Plant Asset Manager (Administrador de Activos de Planta), un software que se encarga de mantener y administrar la data de los equipos y de informar al personal de mantenimiento de manera remota en la pantalla de una PC, cómo se encuentran los dispositivos en tiempo real, realizar tendencias, obtener y cambiar parámetros de calibración de los instrumentos sin necesidad de ir al lugar donde ellos se encuentren. Esto redujo drásticamente el tiempo empleado en labores de mantenimiento, el conocimiento de mantenimiento es almacenado digitalmente en un servidor, de manera que el entrenamiento del personal de mantenimiento es más rápido. También, permitió visualizar en un solo panel, el estado de todos los dispositivos de la planta, de una sola vez, sin necesidad de ir chequeando uno por uno, como se hacía antes de la tecnología Foundation Fieldbus. Para cubrir esta necesidad, la corporación YOKOGAWA, empresa japonesa líder en el campo de la automatización, desarrolló el software Plant Resource Manager (PRM) (Administrador de Recursos de Planta), y consiste en dos paneles. El de la izquierda posee la organización de los dispositivos en la planta, la organización por protocolos de comunicación, y por fabricante; y en el panel de la derecha muestra los detalles de los dispositivos como el historial de alarmas, los parámetros de configuración, la información de diagnóstico, entre otras funcionalidades. El PRM como PAM, facilita la administración de todos los instrumentos de la planta desde una sola sala central de mantenimiento. Desde aquí, el personal puede observar en las ventanas del PRM las alarmas que produzcan los instrumentos y, dependiendo del mensaje, el PRM puede re-dirigir el mensaje de alarma al personal de operación, indicarle la descripción de la alarma, de donde proviene y las posibles soluciones. [7] En este informe, se presentará un estudio de este software de YOKOGAWA, integrado con el controlador STARDOM de la misma firma, y a su vez, a dos tipos instrumentos: Fieldbus Foundation y HART, realizando pruebas que muestren su funcionalidad.

12 4 El lector podrá verificar las grandes ventajas que ofrece este software en comparación con la forma en que se hacía el mantenimiento antes de la aparición de esta tecnología. En Venezuela, por ejemplo, apenas está empezando a surgir el uso de este tipo de programas en las industrias, principalmente, las petroleras y petroquímicas, donde la cantidad de instrumentos es relativamente enorme, y un programa de este estilo es altamente requerido para reducir el tiempo y los costos de mantenimiento, así como las paradas innecesarias de la planta, que originan pérdidas económicas.

13 5 2. OBJETIVOS 2.1. Objetivo General Verificar que la herramienta de administrador de activos es superior a la tendencia tecnológica orientada al Fieldbus Device Tools en el mantenimiento de instrumentos, a través de pruebas de Funcionalidad Objetivos Específicos Lograr la integración entre el PRM y un controlador NCS. Describir la forma en que el PRM administra los instrumentos de una planta. Describir la lectura y escritura de parámetros de los instrumentos Foundation Fieldbus por parte del PRM. Describir la información que muestra las alarmas producidas en el PRM. Describir la manera del PRM mostrar la lista de alarmas particulares de un instrumento, producidas por su propio Autodiagnóstico. Lograr la lectura de parámetros de instrumentos HART por parte del PRM. Comparar la funcionalidad del PRM con la tecnología orientada al Field Device Tools.

14 6 3. MARCO TEORICO En esta sección se dará un conjunto de teorías relacionadas con los transmisores, los instrumentos intelingentes, la tecnología Foundation Fieldbus con todas sus ventajas, los Administradores de Activos y, el PRM como Administrador de Activos para una mayor comprensión del trabajo realizado Historia de los Transmisores Los transmisores toman la variable del proceso a través de un sensor y la transmiten a distancia en forma de una señal neumática, electrónica o digital. La señal neumática es de 3 a 15 psi (libras por pulgada cuadrada) o de 0,2 a 1,0 bar (kilogramos por centímetros cuadrados). La señal electrónica normalizada es de 4 a 20mA de corriente continua. Por otra parte, la señal digital consiste en una serie de bits. Cada bit (BInary digit) consiste en dos signos, el 0 y el 1, representados por el paso o no de una señal eléctrica. Cuando los bits son enviados uno detrás otro, se dice que la comunicación es serial. Las necesidades de la industria han sido el motor que ha impulsado el crecimiento en la tecnología en instrumentación. Entre estas necesidades se encuentran: Aumento de la productividad Aumento de la calidad del proceso Reducción de los costos de fabricación Mejoras en la seguridad industrial La normalización de los instrumentos. Las señales neumática y electrónicas analógicas se utilizan cada vez menos, debido a las ventajas que ofrecen la comunicación digital como exactitud, precisión, y la facilidad de comunicación y almacenamiento de los datos. La señal neumática todavía se sigue usando, pero ha quedado prácticamente para su uso en las válvulas de control y posicionadores de válvula que son electro-neumáticos o digito-neumáticos. En 1983, apareció un transmisor al que se le denominó inteligente, ya que poseían en su interior un micro-procesador, por lo tanto, se le incorporaron otras funciones extras además de la medida y transmisión de la variable de proceso.

15 7 A partir de esa fecha, y gracias a los avances en materia de microprocesadores, se desarrollaron una gama de protocolos digitales para tener un lenguaje de comunicación entre los instrumentos y el controlador. La tendencia de este desarrollo fue hacia la creación de protocolos abiertos que permitan la intercomunicación entre instrumentos de distintos fabricantes. [4] Ventajas de los transmisores inteligentes Una de las ventajas más importantes es que se facilita la calibración de los transmisores gracias al micro-procesador que tienen incorporado. Este micro-procesador guarda en una memoria EPROM los datos de las correcciones de las no-linealidades de los sensores. Gracias al uso de un comunicador portátil con pantalla de cristal líquido y un teclado alfanumérico, llamado handheld se puede observar el estado y la calibración de estos instrumentos. Mientras el sensor del instrumento no se averíe, el transmisor inteligente tiene una vida útil casi ilimitada, ya que por lo general no contiene partes mecánicas. Otras ventajas son las siguientes: Cambio automático del rango de medida, en caso de que el valor de la variable medida se salga del rango de configuración de la variable. Grabación de los datos históricos. La señal digital permite que los datos correspondientes a las medidas sean almacenados y posteriormente analizados. Mantenimiento. Antes de la aparición de estos instrumentos, la calibración y el cambio de rango se realizaban por lo general en el taller de instrumentación, lo que requería de la parada de la planta, extracción del instrumento y todas las consecuencias que esto genera. Por otra parte, los instrumentos inteligentes no requieren de aparatos patrón para su calibración, porque ya contienen en su memoria EPROM valores de calibración almacenados en fábrica. Rangeability (Relación entre la señal máxima y mínima de medida). En ciertas variables, como el caudal, el transmisor inteligente posee una mejor relación de caudal máximo/caudal mínimo, pues pasa de 3:1 en los Tubos Ventura a 10:1, manteniendo la misma exactitud del ±1%

16 8 Autocalibración por variables del proceso. Los transmisores inteligentes pueden suplir las operaciones de ajuste de cero (0) y cien (100), trabajo que anteriormente era tedioso y consumía mucho tiempo. Un ejemplo de la técnica de auto-calibración son los transmisores de nivel por ultrasonidos. Autodiagnóstico. Los instrumentos inteligentes tienen la capacidad de realizar un autodiagnóstico de sus partes electrónicas internas, ayudando enormemente al personal de mantenimiento de una planta en tres aspectos fundamentales: primero, notificar a través de una señal de alarma, la existencia de un problema en el instrumento, segundo, entrega un mensaje con la naturaleza del problema, y tercero, las posibles tareas para solucionarlo. Comunicador portátil o Handheld. Consiste en un dispositivo dotado de una pantalla de cristal líquido y un teclado alfanumérico, tan liviano, que una persona lo puede tener fácilmente en una de sus manos. Este aparato es usado para configurar los parámetros del instrumento, como cambios en el rango de medida, y tiene la ventaja de ser llevado al lugar donde se encuentra el instrumento, sin tener que desconectar éste último del proceso, manteniendo así la planta en funcionamiento. [4] 3.2. Tecnología Foundation Fieldbus En esta sección se tratará los aspectos básicos que ofrece esta maravillosa tecnología, comenzando por definiéndola, mencionado sus beneficios en una planta, presentando la característica de alarmas de los instrumentos, el protocolo H1 para nivel de campo, que en su totalidad permiten el buen desenvolvimiento de un administrador de activos Qué es la tecnología Foundation Fieldbus? Es una arquitectura abierta, es decir, sin propietario, que provee un estándar para el protocolo de los sistemas de control y la instrumentación, en formato digital, serial y bidireccional. Por tanto, los instrumentos que pertenecen a esta tecnología, deberán poseer un micro-procesador programado con el protocolo y con memoria para almacenar los parámetros.

17 Beneficios de la tecnología Foundation Fieldbus en las fases de una planta De la tecnología FF se espera, entre otras cosas, la reducción del costo de la línea de producción durante su ciclo de vida, y por consiguiente, del costo total de la planta. Los beneficios se pueden observar en cada una de las cuatros fases de una planta. [8] Fase de Planificación La Tecnología FF logra que se integren los componentes de una planta a través de su red de comunicación digital, usando un solo sistema de automatización. Esto quiere decir, que el personal técnico puede conectar dispositivos de distintos fabricantes sin necesidad de un software particular para cada uno. Además, como se trata de un sistema basado en redes, esta tecnología logra que las salas de control y los gabinetes sean más pequeños. Fase de Instalación Con la tecnología Fieldbus se reduce drásticamente los costos de instalación y de cableado, ya que se reemplaza la forma tradicional punto a punto con la configuración de red o multi-punto. Como los instrumentos FF son micro-procesados, las actividades de calibración y de arranque de planta se realizan más rápidas, reduciendo así los costos de arranque. Fase de Operación La tecnología FF logra integrar varias funciones de control en un solo sistema de automatización, optimizando así, el control de la planta. Fase de Mantenimiento Los instrumentos FF pueden reportar su propio diagnóstico, emitir alarmas de su malfuncionamiento, información de calibración y de las condiciones ambientales en donde se encuentre, todo esto en línea y sin interrumpir el control de la planta. Gracias a esto, se evitan que se dañen los instrumentos y, por consiguiente, se puede reducir el número de instrumentos de repuesto. Existen varios software para el manejo de activos que podrían ser usados para administrar de una manera electrónica el mantenimiento de los instrumentos. Fase de Renovación Al tener la posibilidad de almacenar los parámetros de los instrumentos en forma electrónica, el reemplazo de los instrumentos se realiza más fácilmente y en menor tiempo.

18 Alarmas de los dispositivos FF Cuando un instrumento FF detecta un problema en su funcionamiento, este reporta una alarma que va al controlador donde esté conectado y luego pasar a la pantalla de una PC para ser vista por los usuarios. Anteriormente, el personal de mantenimiento se tenía que trasladar hacia el lugar donde se encuentra el instrumento para observar el estado de los mismos, pero gracias a las alarmas reportadas por los dispositivos inteligentes FF, esto no hace falta, ya que la información del estado de los instrumentos es enviada en línea a la sala de control. [8] Foundation H1 Es la parte del protocolo Foundation Fieldbus que está destinada al control de procesos en el nivel de campo, es decir, comunicación con los instrumentos. Tiene una tasa de transferencia de 31,25 kbit/s y está diseñado para operar en un cable doble que lleva tanto la señal como la energía eléctrica que se proporciona al instrumento. [2] Esta tecnología posee las siguientes ventajas: Número reducido de cables y paneles para ordenarlos. Reducción en el número de barreras de seguridad intrínseca. Evita el uso de convertidores de entrada/salida. Reduce el número de fuentes de poder y gabinetes. Reduce el tamaño en las salas de control Se puede realizar la configuración remota de los dispositivos Otorga más información a los operadores Se realizan medidas más precisas. Se tienen bloques de función estándar. Reduce el tiempo de levantada de planta debido a la reducción de la cantidad de equipos, un autodiagnóstico más completo y la capacidad de diagnóstico remoto. Los instrumentos Foundation H1 son receptores y publicadores de variables de procesos, pero también tienen la posibilidad de transmitir alarmas. Algunos de ellos pueden actuar como una agenda para fiscalizar el envío de datos por parte de los demás instrumentos y

19 11 contando con un reloj maestro para regular la comunicación del segmento FF en que se encuentre conectado. Estos últimos también son usados para crear una interfaz entre el controlador y los instrumentos. La tecnología Foundation H1, al obligar a llevar micro-procesadores dentro de los instrumentos, ha permitido que estos últimos realicen funciones de control como control PID, reduciendo así, la carga cómputo en los controladores y computadoras. Además, la conversión de Analógico a Digital es eliminada debido a que la red Foundation H1 es totalmente digital, contribuyendo así a reducir significativamente el ruido eléctrico en comparación con los sistemas analógicos tradicionales de 4-20mA. [2] Modelo de Bloque Funcional En la arquitectura Foundation se tiene una capa de usuario estandarizada basada en Bloques y Descripciones de Dispositivos (DDs). La Capa de Usuario está formada por un Proceso de Aplicación de Bloque Funcional (FBAP) que contiene Bloques de Recursos, Bloques Funcionales, Bloques Transductores, entre otros, como se observa en la Figura 1. Figura 1. Diagrama de Bloques funcionales de la teconología Foundation Fieldbus Los Bloques de recursos son los que definen los parámetros, por lo general estáticos, que caracterizan al instrumento (por ej. ID del fabricante, tipo de dispositivo, etc.), los

20 12 Bloques Funcionales contienen alguna función de control (Por ej. Controlador PID, entrada analógica, Salida analógica, etc.), y los Bloques Transductores contienen información y parámetros de los sensores como temperatura, presión, flujo y actuadores para válvulas. [2] Algunos ejemplos de bloques funcionales se encuentran en la Figura 2. Figura 2. Ejemplo de bloques funcionales de la tecnología Fundation Fieldbus Los bloques hacen que los instrumentos tengan la funcionalidad deseada, además, poseen una variedad de características y eventos que son estándares para todos los dispositivos del mismo tipo. Con estas características, se pueden construir lazos de control sencillos con pocos instrumentos, sin necesidad de un controlador adicional, por ejemplo, se puede realizar un lazo de control simple con un transmisor de temperatura con entrada analógica y una válvula con un controlador PID incorporado y una salida analógica. Por otra parte, el FBAP no solo especifica el modo de realizar el control, sino también, es allí donde se definen la dirección de los eventos, alarmas y reportes. Estas características hacen que los dispositivos sean inter-operables en la Capa de Usuario. Por consiguiente, con la sincronización de la ejecución de los bloques funcionales y el traspaso de los parámetros de los bloques entre sí en el bus, se hace posible que se distribuya el control en los instrumentos, es decir, a nivel de campo. [2] Administrador de Activos En una planta de gran tamaño se desearía adquirir información acerca de los dispositivos que se encuentran en el campo. También se quiere que cuando se realice cualquier mantenimiento, se lleve un registro de los que se está haciendo a los dispositivos en forma electrónica. Sería útil tener un software para administrar toda la información concerniente a los instrumentos, sus parámetros de calibración, así como también para planificar la parada de