Sustituye los PLC de tu planta de aguas y gana

La sustitución de PLC en la planta de aguas, tardó menos de un día en completarse , sin perjudicar a los demás dispositivos que siguieron operativos. No se requirió recableado de señales, debido a la compatibilidad de las E/S, y se necesitó muy poco esfuerzo para portar el código a la nueva plataforma, lo que significó que no hubo necesidad de reescribir el software, lo que ayudó a ahorrar un tiempo y un coste considerables del proyecto.

La tecnología envejecida que falla cada vez más y/o cuyos componentes son difíciles de encontrar suele ser el factor que impulsa la actualización del sistema de control. Sin embargo, antes de embarcarse en un proyecto de migración, las organizaciones también deben asegurarse de que el nuevo sistema de control ofrecerá beneficios empresariales tangibles y un retorno de la inversión. Se debe aprovechar la oportunidad para implementar tecnología moderna que proporcione una funcionalidad mejorada, incluyendo un mayor acceso a datos procesables y analítica que puedan respaldar una mayor eficacia, rendimiento y productividad.

Los proyectos de migración de sistemas de control pueden suponer una mayor carga para los recursos internos que los proyectos nuevos, ya que suelen conllevar más limitaciones en cuanto a espacio, tiempo y presupuesto. Como las operaciones normales suelen verse afectadas, es vital reducir la complejidad e implementar tecnología que permita una transición fluida, ayudando a garantizar que los proyectos se ejecuten dentro del plazo y el presupuesto previstos.

Estas fueron las consideraciones cuando el especialista en integración de sistemas Sigma recibió el encargo del Grupo CAP de actualizar el sistema de control de la segunda línea de tratamiento de la planta de tratamiento de aguas municipales de Peschiera Borromeo. La planta de agua gestiona una parte importante de las necesidades de agua de las zonas orientales de Milán. La segunda línea de tratamiento tiene capacidad para tratar las aguas residuales de una población equivalente a 250.000 habitantes, pero la tecnología de filtración biológica BioFOR y de reactores oxigenados utilizada requiere una amplia automatización y crea una mayor complejidad en el sistema de control.

Sistema eléctrico y de automatización

El sistema eléctrico y de automatización de la segunda línea de tratamiento está distribuido en dos edificios, cada uno con dos armarios de control. En cada armario de control había instalado un PLC Fanuc 90-30, con bus Genius, utilizado para conectar con una unidad remota I/O VersaMax. Algunos controladores tenían una interfaz maestra PROFIBUS DP para conectar con equipos específicos. Los PLC estaban separados de las entradas/salidas, lo que permitía su instalación en los lugares más convenientes. Las CPUs intercambiaban datos a través de la red Ethernet de la planta mediante SRTP y un sistema SCADA HMI Cimplicity permitía a los operadores monitorizar el sistema en un gran panel de control de la sala de mando.

La redundancia del sistema se proporcionaba mediante una CPU adicional en cada panel que tenía una configuración idéntica a la CPU principal. La CPU adicional también estaba conectada a las entradas/salidas remotas, habilitadas por el bus Genius, que admite redundancia multimaestro. La CPU redundante podía ponerse en funcionamiento si fallaba la principal. Sin embargo, esto requería que el fallo se reconociera pronto y que el personal de la planta de aguas interviniera manualmente. Los operadores también tendrían que asegurarse de que las CPU no funcionaran simultáneamente, para evitar la duplicación de direcciones IP.

Necesidad de modernización

La necesidad de renovar el sistema de automatización surgió principalmente porque la serie de PLC GE Fanuc 90-30 se estaba discontinuando, lo que dificultaba garantizar el suministro de CPUs de repuesto. Además, el Grupo CAP estaba interesado en implementar una red de comunicaciones de datos moderna basada en Ethernet en toda la planta, ya que el bus Genius no podía ofrecer la funcionalidad necesaria para satisfacer sus nuevos requisitos del sistema. Por otra parte, la configuración de CPU doble dificultaba el seguimiento de los cambios en la lógica de control y creaba una complejidad adicional para el personal del Grupo CAP, que no tenía la experiencia necesaria para gestionar y mantener esta arquitectura poco ortodoxa y excesivamente compleja.

Tecnología de control actualizada

Se necesitaba un sistema de automatización actualizado que se adaptara tanto a los requisitos existentes como a los futuros. Sin embargo, este proyecto de modernización debía conciliarse con la necesidad de evitar una parada prolongada de la planta de aguas. Para minimizar el plazo y el presupuesto del proyecto, la nueva tecnología tenía que ser compatible con los equipos y procesos existentes. El nuevo sistema también debía ser mucho más fácil de mantener y garantizar tiempos de intervención cortos cuando se sustituyan componentes del sistema que fallen.

A Sigma se le encargó proporcionar una solución adecuada y propuso sustituir únicamente los controladores y los componentes relacionados con la comunicación, conservando el cableado y la estructura de las entradas/salidas de campo, al tiempo que se añadía una verdadera redundancia. En primer lugar, los PLC GE Fanuc 90-30 se sustituyeron por controladores PACSystems RX3i de Emerson. Los controladores ofrecen una funcionalidad moderna para ayudar a mejorar el rendimiento operativo, pero también pueden implementarse de forma rápida y sencilla en aplicaciones GE Fanuc 90-30 gracias a que el hardware es totalmente compatible con el anterior en cuanto a forma y ajuste. Esta compatibilidad permitió la sustitución gradual de los controladores existentes, en lugar de tener que realizar una sustitución importante de todos los dispositivos al mismo tiempo, lo que habría requerido una parada larga y general de la línea.

Los bastidores 90-30 equipados con CPU y controlador Genius se sustituyeron por dos CPUs RX3i CPE410 sin bastidor en configuración redundante hot-standby. En los casos en los que se utilizaba PROFIBUS DP, se instaló un nuevo nodo VersaMax, equipado con una puerta de enlace maestra PROFIBUS DP. Los escáneres de E/S VersaMax basados en Genius existentes, que solo tenían una única fuente de alimentación, también se sustituyeron por PLC VersaMax PROFINET IO, que tienen una fuente de alimentación dual independiente y una interfaz Ethernet dual que es capaz de soportar una topología de red en anillo. Esto ha aumentado la fiabilidad y la resistencia de la red. Estos eran compatibles con las interfaces de E/S existentes, que por lo tanto no necesitaron ser reemplazadas.

La sustitución de cada PLC tardó menos de un día en completarse y causó una perturbación mínima a los demás dispositivos, que siguieron operativos. No se requirió recableado de señales, debido a la compatibilidad de las E/S, y se necesitó muy poco esfuerzo para portar el código a la nueva plataforma, lo que significó que no hubo necesidad de reescribir el software, lo que ayudó a ahorrar un tiempo y un coste considerables del proyecto.

Mayor funcionalidad del controlador

La nueva solución de automatización proporciona una verdadera redundancia hot-standby que es gestionada automáticamente por los controladores, sin necesidad de intervención manual. Ambas CPUs están encendidas, pero solo una está al mando. En caso de fallo, el dispositivo redundante toma el control inmediatamente. Esto elimina la responsabilidad de los operadores de la planta y les permite centrarse en tareas directamente relacionadas con el proceso de tratamiento. Las nuevas CPUs proporcionan tanto un sistema operativo en tiempo real como un entorno Linux, lo que ofrece una nueva oportunidad para implementar la funcionalidad de HMI web, el control basado en el borde y acelerar la convergencia con los sistemas de gestión e IT. También está disponible la funcionalidad de servidor OPC-UA.

Red Ethernet moderna

Las nuevas CPUs tienen seis puertos Ethernet: dos que admiten la red en anillo PROFINET IO, dos para el enlace de sincronización redundante, uno para conectarse a la red de la planta y otro para el entorno Linux.

Ahora se dispone de una red Ethernet moderna mejorada tanto a nivel de la planta de aguas, como de campo que admite una gama de funciones del sistema. A nivel de red de planta, los controladores RX3i pueden coordinarse entre sí mediante multicast EGD (Ethernet Global Data). Esto eliminó la necesidad de diseñar enlaces punto a punto individuales entre cada par de controladores y simplificó la gestión de fallos. Los nuevos controladores también se interconectan con dispositivos de terceros, actuando como clientes Modbus/TCP. Los controladores son monitorizados por el sistema SCADA de la planta, así como por un sistema de diagnóstico independiente del sistema SCADA. La conexión entre la CPU y el sistema SCADA se realiza mediante una dirección IP virtual que apunta a la CPU activa y elimina la necesidad de realizar más configuraciones debido a la redundancia del dispositivo. También se instaló un panel web RXi de Emerson en cada edificio para proporcionar una HMI local.

Mejoras continuas

Tras la conclusión de la sustitución y la configuración inicial del sistema de automatización actualizado, se están implementando una serie de nuevas funciones. Entre ellas se encuentran:

• Nuevos paneles de E/S remotas basados en PROFINET, que se insertarán en vivo en la red de anillo de campo, proporcionando paradas más cortas que la tecnología serie existente.
• Interfaces PROFINET para los dispositivos y la maquinaria existentes, que permitirán desmantelar gradualmente los enlaces discretos anteriores, facilitando el trabajo del equipo de mantenimiento eléctrico.
• Los paneles de válvulas solenoides neumáticas serán sustituidos por islas de válvulas integradas AVENTICS de Emerson, que son compatibles con PROFINET y ayudan a aumentar la fiabilidad.
• También se están creando entornos Linux. El objetivo es equipar cada unidad con software de monitorización y análisis predictivo utilizando un controlador de borde que opera cerca del proceso físico.

Conclusión

Los controladores PACSystems RX3i de Emerson ayudaron a simplificar y modernizar con éxito el sistema de automatización de la planta de aguas y lo prepararon para la integración, modificación o ampliación futura, sin un tiempo de inactividad significativo. El coste del proyecto fue muy inferior al de una propuesta de la competencia, que habría requerido un mayor tiempo de inactividad y habría generado más incertidumbres en cuanto a la gestión del emplazamiento, dos aspectos que habrían sido inaceptables para una parte tan importante de la infraestructura de gestión del aguas de la ciudad.

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