Cómo lograr una alta disponibilidad en las aplicaciones de proceso

Asegurarse de que la producción no se detenga debido a incidensias como fallos de producción, daños o mantenimiento, generalmente implica implementar un sistema de automatización de alta disponibilidad. Sin éste, los fabricantes pueden experimentar tiempo improductivo no programado y baja calidad, lo cual impactará los cronogramas de producción, la capacidad de cumplir con los compromisos asumidos con los clientes y por supuesto, la rentabilidad de la compañía.

Gracias a la tecnología en constante evolución, las soluciones de productos escalables y las mejores prácticas de diseño, todas las partes interesadas ahora tienen más maneras de mejorar la eficacia de la operación y lograr alta disponibilidad. Los fabricantes simplemente necesitan examinar sus procesos críticos y aplicar el(los) métodos(s) y la tecnología que mejor proteja sus operaciones críticas así como emparejar sus requisitos económicos y de rendimiento.

Definición de alta disponibilidad

La disponibilidad se define como la probabilidad de que un sistema opere exitosamente cuando se le necesita, y a menudo se expresa como un porcentaje y se conoce como el "número de nueves". En pocas palabras, la disponibilidad es la proporción de tiempo que un sistema está en condición de operación y puede realizar su misión.

Disponibilidad = MTBF/MTBF+MTTR, donde MTBF es el tiempo medio entre fallos y MTTR es el tiempo medio de reparación. Hoy en día, los proveedores entregan sistemas de control con una disponibilidad que típicamente está en el rango de 99 a 99.9999 por ciento. Puesto que la fiabilidad afecta el tiempo productivo y el mantenimiento afecta el tiempo improductivo, estos dos elementos son contribuyentes importantes a la disponibilidad.

Sin embargo, invertir en un sistema de alta disponibilidad con respecto a simplemente "uno disponible" puede significar una gran diferencia en tiempo perdido y coste; es decir segundos comparado con días o cientos de dólares comparado con millones de dólares. La hora promedio de tiempo improductivo de una planta cuesta aproximadamente $12.500, pero es bastante más en muchas plantas de proceso continuo, según investigación de la ARC. Usando el promedio de $12.500, el tiempo improductivo para los usuarios con 99 por ciento de disponibilidad puede costar aproximadamente $1.050.000 por año comparado con sólo $104 para los usuarios con 99.9999 por ciento de disponibilidad.

Tendencias en el lugar de trabajo

Varias tendencias clave contribuyen al tiempo improductivo no programado y a la disponibilidad del sistema. En primer lugar está la fuerza de trabajo cambiante. La generación de posguerra está comenzando a jubilarse masivamente, llevándose décadas de experiencia mientras que los fabricantes también están reduciendo su fuerza de trabajo para ahorrar costes. Por estas razones, los fabricantes se están inclinando más hacia los proveedores de servicios externos. Mientras tanto, la crisis económica ha reducido los recursos financieros para actualizar y reemplazar el equipo antiguo, lo cual causa mayor tiempo improductivo y ha impulsado a los fabricantes a buscar sistemas más fiables y fáciles de mantener.

El uso de redundancia

La redundancia es el método preferido para aumentar la disponibilidad si una desactivación del sistema de control o la pérdida de visibilidad causa una pérdida mayor de ingreso, pérdida de equipo, lesiones personales o una interrupción de los servicios públicos. Si bien la mayoría de usuarios tradicionalmente aprovechan la redundancia para lograr mayor disponibilidad, este método aumenta el número de componentes y por lo tanto aumenta el número de fallos potenciales de los mismos. Por ello la redundancia, si no se aplica correctamente, puede afectar la disponibilidad del sistema. Para evitar agobiar un sistema con una sobrecarga de redundancia, los fabricantes de la industria de procesos deben determinar el coste de los fallos potenciales y según ello hacer inversiones en alta disponibilidad.

Además de los métodos proactivos, los fabricantes están examinando las medidas "reactivas", más comúnmente los procedimientos y herramientas de mantenimiento, para ayudar a aumentar la disponibilidad del sistema. Un sistema de control debe ofrecer facilidad para la resolución de problemas, modificaciones y reparaciones. El personal debe estar calificado y formado, y deben poder retirar y añadir componentes al sistema sin interrumpir la misión. En consecuencia, los reemplazos no deben requerir recableado ni reprogramación.

Más aún, para cumplir mejor con los criterios de los fabricantes, tanto ahora como en el futuro, los proveedores con visión del futuro han forjado una nueva dimensión de lo que es la capacidad de escalado. Los sistemas modernos de control de proceso ahora pueden gestionar más que el control de proceso de lazo cerrado continuo tradicional, pueden gestionar procesamiento de lotes, variadores y control de motores, control crítico y de seguridad y control discreto tal como creación de secuencias para envasado, todo lo cual permitiendo el acceso a información de producción y en una sola plataforma de control.

Cómo mejorar la disponibilidad

La instrumentación inteligente y las tecnologías de conexión en red avanzadas mejoran la disponibilidad del sistema con acceso en tiempo real a diagnósticos vitales que ayudan a predecir y evitar el fallos de los componentes y el sistema. Esta funcionalidad de diagnóstico, junto con los datos de proceso adicionales que estos dispositivos proporcionan, está integrada en software que beneficia a los usuarios con información directa de alarmas, calibración y modelo.

EtherNet/IP es el estándar mundial líder y la red Ethernet industrial no modificada proporcionando una plataforma de comunicaciones sencilla pero robusta que ofrece control en tiempo real y flujo de información desde el nivel de instrumentos hasta el nivel IT de la empresa. Es el único protocolo que ofrece aplicaciones discretas, de proceso, de seguridad, movimiento y variadores en una sola red, eliminando la necesidad de redes especiales adicionales.

Cómo maximizar la disponibilidad

Históricamente, la industria de fabricación de proceso ha considerado la implementación de la redundancia en los sistemas como algo costoso pero necesario. Sin embargo, con la tecnología en constante cambio, las soluciones de productos escalables y las nuevas mejores prácticas de diseño, esta opinión está cambiando. Algunos fabricantes pueden especificar un sistema completamente redundante o un fabricante que puede tolerar cierto tiempo de reparaciones puede escalar la redundancia sólo a los activos críticos. Los ingenieros de proceso deben aplicar los métodos de alta disponibilidad más adecuados para sus requisitos de rendimiento y económicos y, al hacerlo, mitigar potenciales peligros y proteger los activos importantes y de alto coste.

Nuevas soluciones

Rockwell Automation continúa expandiendo su sistema de automatización de proceso PlantPAx para ayudar a satisfacer las demandas de alta disponibilidad de una manera más fácil y económica. La expansión incluye

• Controladores de automatización programables ControlLogix L7 de Allen-Bradley y RSLogix 5000 con firmware v19.50, los cuales, combinadamente, ayudan a mejorar el rendimiento y proporcionan carga cruzada rápida para los sistemas redundantes.

• E/S redundantes 1715, que proporcionan módulos de entrada y salida redundante, incluyendo salidas analógicas configuradas por el software RSLogix 5000 así como compatibilidad con adaptadores Ethernet redundantes, todo sin requerir programación adicional.

• FactoryTalk SE View 6.0, que es compatible con redundancia de alarmas y Event Server para la auto-sincronización de alarmas basadas en dispositivo y basadas en tags entre servidores activos y en reserva, y configuración única de historial de alarmas.

• E/S EtherNet/IP. Las topologías de anillo a nivel de dispositivos, en estrella y otras topologías de EtherNet/IP proporcionan flexibilidad escalable y tolerancia a fallos para satisfacer todos los requisitos de disponibilidad de red, coste y rendimiento.