Controladores Edge en la mayor ciudad nueva del mundo

Automatización, edge y conocimientos de PLC

  • El proyecto de la nueva ciudad de Neom utiliza controladores Edge con capacidades de controlador lógico programable (PLC) en la integración de grandes sistemas, tuberías de automatización, estaciones de bombeo y tanques de almacenamiento.
  • La recopilación de datos, análisis y filtrado de múltiples ubicaciones de los proyectos de agua Neom.

En la automatización y el control de la distribución de agua, la posibilidad de trabajar en proyectos totalmente nuevos frente a instalaciones ya existentes supone una oportunidad para ofrecer una solución transformada digitalmente «diseñada» en lugar de «instalada a posteriori».

Para una empresa de ingeniería encargada de la integración de sistemas de un proyecto de este tipo, representa, dentro de las limitaciones de presupuesto y tiempo, una oportunidad de emplear nuevas tecnologías que pueden optimizar el rendimiento, reducir el espacio ocupado y adaptarse a los requisitos actuales y futuros del sistema, además de proporcionar un mecanismo mejorado para los servicios y operaciones sobre el terreno. Estas ventajas bastan para que cualquier integrador de sistemas vuelva a considerar la automatización y el control avanzados.

Un nuevo reto y una oportunidad es Neom, el mayor proyecto de desarrollo urbano del mundo, que se está construyendo en Arabia Saudí. El proyecto es un área metropolitana que incorpora un gran centro urbano, además de urbanizaciones en islas, playas y montañas. Drakken, una empresa de ingeniería e integración de sistemas con sede en Dubai (EAU), fue seleccionada como contratista principal de automatización (MAC) para proporcionar la solución de automatización para el sistema de distribución de agua de Neom.

Edge: Integración de sistemas, automatización de tuberías, estaciones de bombeo y depósitos de almacenamiento

El sistema Neom constituye un reto excepcional, ya que se extiende a lo largo de aproximadamente 65 km de terreno costero y 75 km de montañas, lo que supone una amplia gama de tensiones ambientales. Una planta desalinizadora es la fuente de agua dulce y el sistema incluye tuberías, estaciones de bombeo y depósitos de almacenamiento. Con la ciudad en construcción, el sistema de agua suministra más de 50.600 m3/día de agua desalinizada a granel a la zona núcleo de desarrollo para la construcción y el consumo humano.

Para suministrar el agua necesaria durante el desarrollo, así como para prepararse para una mayor demanda futura, Drakken necesitaba un sistema de control y supervisión de la red de agua que garantizara una pérdida mínima de agua por fugas y evaporación. Debía proporcionar una solución escalable en un terreno complejo y accidentado, que pudiera ampliarse con la extensa urbanización. El carácter crítico del proyecto exigía que el sistema de control y supervisión fuera ciberseguro y ofreciera una alta disponibilidad sin interrupciones. Tenía que conectar sistemas dispares de terceros desplegados en la arquitectura general para proporcionar supervisión y control unificados.

 

 

Controladores Edge  con capacidades PLC para proyectos de agua

Dado que el proyecto era nuevo, sin hardware heredado que integrar, Drakken utilizó controladores Edge para el sistema de distribución de agua. Esta configuración combina el control determinista y no determinista en tiempo real en una plataforma hipervisada, proporcionando las capacidades de un controlador lógico programable (PLC) y un sistema informático de borde en un solo dispositivo, ahorrando costes, espacio y tiempo y complejidad de integración.

La tecnología de controlador Edge incorpora un «bucle externo» y una «capa de asesoramiento» sobre el bucle de control «ver-pensar-hacer». Si el bucle externo se interrumpe, el control determinista en tiempo real no se ve afectado. Esta capacidad permite a los usuarios conectarse a cualquier servicio en la nube que prefieran y desarrollar y ejecutar aplicaciones basadas en Linux de procesamiento de datos junto al sistema de control para optimizar los procesos y mejorar los resultados. Combinando el análisis de datos habilitado para el borde y el control en tiempo real, se proporciona información en tiempo real, flexibilidad integrada, eficiencia operativa y se consigue un mayor rendimiento de los activos. La tecnología de control cuenta con una velocidad de escaneado base de tan solo 200 μS, una conmutación tan rápida como un escaneado y un control determinista.

El software de la tecnología de control está preinstalado, lo que permite a Drakken la flexibilidad de utilizar el controlador para una serie de casos de uso, como coprocesador Linux, interfaz hombre-máquina (HMI) local basada en web, registrador de caja negra y registrador de datos y para alertas remotas.

Drakken implementó eficientes capacidades de software de gestión de activos integrados en todo el proyecto para reducir los modos de fallo, y para la salud digital general y el mantenimiento preventivo y predictivo.

Drakken empleó sistemas de control en más de 20 estaciones de bombeo y en el centro de distribución de agua para controlar las operaciones de bombas y válvulas. Para satisfacer las demandas de disponibilidad, las soluciones de control incluían redundancia integrada. Las entradas de alimentación redundantes permiten una mayor disponibilidad, fiabilidad y productividad. La tecnología de recuperación rápida de la red ayuda a proteger las aplicaciones de misión crítica frente a interrupciones de la red o averías temporales.

 

 

Recogida, análisis y filtrado de datos en cada ubicación

Los controladores Edge instalados en cada ubicación recopilan, analizan y filtran datos operativos en un motor Linux y están preparados para conectarse y enviar datos a la nube a través del protocolo de transporte de telemetría de colas de mensajes (MQTT). La necesidad de interactuar con una amplia gama de dispositivos de terceros, como caudalímetros, sistemas de identificación por radiofrecuencia (RFID) en cada estación del sistema de filtrado por goteo (TFS) y muchos otros, exigía que los sistemas de control y el software fueran flexibles y capaces de comunicarse con los dispositivos de la planta y los sistemas de supervisión mediante protocolos de comunicación estándar para lograr la máxima interoperabilidad y facilidad de uso.

Las opciones de protocolo incluyen: DNP3, IEC 61850, IEC 104, HART pass-through, EGD, SRTP, Modbus-TCP/RTU, Profinet y OPC UA. Los controladores realizan la adquisición y el control de datos a alta velocidad en una arquitectura compleja con múltiples anillos de fibra óptica que utilizan los diversos protocolos industriales para conectarse a más de 500 dispositivos externos.

Drakken seleccionó una plataforma de software avanzada basada en control de supervisión y adquisición de datos (SCADA) para interactuar con los controladores, en parte por su escalabilidad para admitir etiquetas ilimitadas en servidores redundantes. El software recopila y analiza datos para la detección y localización de fugas a lo largo de la tubería cada 10 m. Los datos de las etiquetas se historizan con una capacidad de almacenamiento de cinco años, predicción de fallos y reparación proactiva, lo que permite una mejor utilización del capital, una reducción de los gastos de explotación y un retorno más rápido de la inversión.

La plataforma importa automáticamente etiquetas de controladores lógicos programables (PLC), lo que evita errores y ahorra tiempo de puesta en servicio. La configuración de cliente web del software permite el acceso remoto a través de cualquier dispositivo móvil. La capacidad de acceso remoto seguirá aumentando su valor a medida que el sistema de agua aumente en tamaño y complejidad.

Controladores Edge con especificaciones medioambientales industriales

Para satisfacer las muy diversas exigencias medioambientales, Drakken utilizó sistemas de control que funcionan entre -40 y 70 °C desde el arranque y con un rango de humedad del 5 al 95% sin condensación. La moderna tecnología de control soporta entornos extremos sin necesidad de ventiladores, que pueden ser propensos a averías. A diferencia de los controladores estándar, que requieren una ralentización para adaptarse a altas temperaturas, la nueva tecnología permite que las aplicaciones funcionen a temperaturas muy elevadas sin que ello afecte al rendimiento del control.

El hardware de control se basa en componentes y conexiones resistentes a las vibraciones para ayudar a minimizar los puntos de fallo y garantizar un funcionamiento fiable en aplicaciones de movimiento rápido, agitación o alto impacto. El revestimiento conformado no conductor proporciona a los componentes eléctricos una barrera protectora contra la contaminación, la humedad y la corrosión causadas por condiciones duras o extremas.

 

 

La ciberseguridad utiliza funciones de seguridad por diseño

Además de la seguridad física, Neom necesitaba una sólida protección de ciberseguridad. El sistema implementado por Drakken utiliza una filosofía de diseño seguro, que incluye un módulo de plataforma de confianza (TPM), arranque seguro y actualizaciones de firmware seguras. La estrategia de seguridad cohesiva está integrada en todas las capas, desde el hardware y el software hasta las comunicaciones y el proceso de desarrollo.

El sistema permite verificar y validar la integridad de los componentes vitales del mismo. Las comunicaciones seguras ayudan a evitar que los atacantes obtengan acceso no autorizado al controlador. La certificación Achilles 2 garantiza que no se produzcan ciberataques de denegación de servicio (DoS) o de intermediario humano, ni cambios no autorizados en el firmware.

Ritesh Contractor, director de desarrollo de negocio de Drakken, ha declarado: «Las avanzadas soluciones de control conectan completamente la red de distribución de agua de Neom a través de una avanzada infraestructura de Internet del agua para garantizar la mínima pérdida de agua, situando a Neom a la vanguardia de la tecnología del agua y asegurando una alta sostenibilidad.»

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