• Pasar del control de procesos a la automatización de procesos

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Las funciones básicas de control pueden estabilizar los procesos, pero se necesita mucho más para optimizar el rendimiento y alcanzar ciertos objetivos empresariales

La forma en la que hemos arrancado los automóviles a lo largo de los años es un ejemplo muy sencillo del progreso, o ausencia de él, de la tecnología de automatización de procesos. Los propietarios de los coches han llevado llaves durante la mayor parte del siglo. Al principio, hacían falta dos operaciones para arrancar un vehículo: la llave hacía girar un interruptor y el conductor pisaba el pedal de arranque. Después, el arranque requería una sola acción que se realizaba con la llave. Posteriormente, los vehículos incorporaron las funciones de bloqueo centralizado, que también se activaban con un botón mecánico.

La tecnología avanzó y las funciones comenzaron a ser cada vez más complejas y la llave quedó, en gran medida, obsoleta. Las funciones de control básicas, como el bloqueo de las puertas y arrancar o parar el motor, se hicieron más sofisticadas. Ahora el coche puede detectar que el propietario (o, al menos, el llavero del propietario) se acerca y desbloquea la puerta en el momento en que agarra el tirador. Una vez dentro, el sistema proporciona un medio seguro de arrancar el coche pulsando un botón y puede ir aún más lejos y ajustar los espejos, la posición del asiento y las configuraciones de entretenimiento según las preferencias preajustadas de cada conductor. Se podría decir que las funciones básicas de la apertura, el arranque y los ajustes de un coche han avanzado hasta adentrarse en el ámbito de la automatización avanzada.

Las industrias de procesos han progresado por senderos similares con los sistemas de control. Para responder a la pregunta de qué es exactamente el control de procesos, tenemos que remontarnos a las primeras introducciones de los mecanismos de control, donde los controladores de bucle electroneumaticomecánico de primera generación reemplazaron al hombre, que era quien había hecho hasta entonces operaciones como ajustar manualmente las válvulas cuando se activaba algún indicador local como un manómetro.

Aunque se utilizaba un dispositivo para automatizar una función humana en un esfuerzo por controlar una variable, no se sabía realmente en qué consistía el proceso en general. Un controlador básico podría mantener un bucle individual en equilibrio, más o menos, siempre y cuando no hubiera demasiadas alteraciones. Los procesos complejos pueden emplear decenas o incluso cientos de estos controladores cuyo rendimiento individual se visualiza en un panel de control, pero supervisar el conjunto seguía siendo un proceso humano.

Conversión al control electrónico

Cuando en la década de 1970 se introdujeron las plataformas de sistema de control distribuido (DCS), se simplificó la mecánica del panel de control, pero no sirvió de mucho para mejorar sus capacidades. El análisis global seguía siendo en gran medida una responsabilidad humana. No cabe duda de que superar las limitaciones técnicas de los dispositivos del campo de la neumática con sus problemáticas tuberías de aire comprimido facilitó la instalación de más instrumentos y accionadores, pero los conceptos básicos no habían cambiado realmente. Toda tendencia hacia el control avanzado de procesos (APC) y otras formas de optimización del control se encontraban todavía en su infancia. La automatización de procesos capaz de ofrecer el APC tenía que abarcar muchas tecnologías y técnicas. Se caracterizaba por incorporar muchos más puntos de datos de entrada en los algoritmos y por orquestar secuencias más complejas.

Los sistemas más antiguos tenían capacidades muy potentes al alcance de todo aquel que quisiera explorarlas. Algunos usuarios avanzados ya trabajaban con los conceptos fundamentales del APC en la era neumática, pero esos éxitos exigían una gran capacidad de ingeniería interna. Había pocas —si las había— herramientas en el mercado que apoyaran esos esfuerzos. Y lo mismo ocurría con las primeras plataformas de DCS. Pocas empresas llegaron aprovechar por completo las capacidades brutas de cálculo de los procesadores que ejecutaban un DCS, pero crear el tipo de programación necesaria para dirigir el APC en un entorno así no era tarea fácil.

El duro trabajo de la optimización

La capacidad de crear una plataforma global capaz de coordinar cosas más complejas que bucles individuales o pequeños grupos de filiación hizo posible la transición a la automatización de procesos y el APC . Una ventaja muy importante de las plataformas más recientes es la capacidad de optimizar un proceso para adaptarse a los objetivos económicos específicos de los propietarios basándose en cualquier número de resultados deseados. El sistema de automatización de procesos puede operar la planta para minimizar el consumo de energía, maximizar la producción y entregar atributos específicos de calidad del producto. Las empresas que utilizan eficazmente estos sistemas confían ciegamente en sus capacidades.

Implementar este tipo de sistemas es un reto, y contar con un proveedor de soluciones de automatización que trabaje con un departamento de ingeniería interno puede facilitar bastante la tarea. Durante la fase de diseño inicial de una actualización de un sistema de control o una instalación nueva es muy fácil caer en el error de centrarse únicamente en los aspectos básicos del proceso y no llegar nunca a analizar qué condiciones de estabilidad se desean. Las actualizaciones de sistemas de automatización y las nuevas instalaciones podrían, por lo tanto, dejar pasar la oportunidad de participar con expertos en procesos y tecnología de automatización capaces de descubrir mejores formas de hacer las cosas.

Aportar ideas frescas

Un proveedor de soluciones de automatización puede aportar nuevas perspectivas e ideas novedosas, lo que permitiría llegar más lejos con el proyecto de lo que se pensaba en un principio. Las personas que trabajan en una planta en particular pueden conocer hasta el mínimo detalle sus procesos, pero un grupo quizá no tenga tiempo para ampliar las capacidades actuales. En algunos casos, puede que estas personas también carezcan de un conocimiento más amplio de los sistemas de automatización, especialmente en lo que respecta a los procesos en otras plantas.

Una de las principales ventajas de la incorporación de talento externo es aprovechar el conocimiento colectivo de un grupo más amplio de ingenieros que han trabajado en numerosos proyectos en muchos entornos distintos. Cada nueva experiencia se suma a la base de conocimientos y se puede incorporar en el proceso de planificación. Incluso una pregunta tan simple como "¿Por qué se realiza esta acción de control de esta manera?" puede iniciar un debate y hacer que las empresas analicen nuevas y mejores formas de llevar a cabo funciones rutinarias.

Muchas capacidades de los sistemas de automatización de procesos modernos están todavía infrautilizadas en la mayoría de las plantas de procesos, incluso en empresas que la mayoría de la gente consideraría avanzadas (Figura 1). Son muy pocas las empresas que utilizan los APC con la eficacia que podrían, por mucho que las tecnologías básicas de APC existan desde hace décadas.

Menos empresas aún han desarrollado sistemas para implementar una automatización de procedimientos que pueda abordar los arranques, los cambios de versión, las paradas y otras interrupciones, a pesar de que esas situaciones son las principales causas de contratiempos en los procesos y de incidentes de seguridad, por el el elevado grado de intervención humana y la baja frecuencia con la que ocurren. La norma ISA-106 relativa a la automatización de procesos puede ser relativamente nueva, pero hace muchos años que se habla de los conceptos contemplados en la norma.

Como cuestión puramente práctica, las capacidades y habilidades humanas de los operadores con experiencia son indispensables para operar una planta correctamente, pero demasiadas plantas dependen demasiado de un conocimiento no documentado que se transmite de un trabajador a otro. Bastaría revisar los informes de incidentes de seguridad para descubrir numerosas situaciones en las que un operador sin la formación adecuada haya tenido que tomar el control manual de un proceso durante el arranque u otra operación y haya tomando las decisiones equivocadas. Las empresas pierden enormes cantidades de dinero en este tipo de situaciones.

Los sistemas de automatización de procesos correctamente desarrollados están siempre atentos a la aparición de problemas y están preparados para responder y alertar a los operadores cuando se prevé o detecta un problema. Las secuencias de control más avanzadas están listas para ser ejecutadas a través de la automatización de procedimientos, aunque solo se utilicen una vez al año. Los sistemas de automatización de procesos integrales no solo pueden manejar automáticamente las operaciones de la planta, sino que también pueden complementar los conocimientos y las actividades del operador proporcionando la información adecuada en el momento adecuado y a las personas adecuadas.

Capturar el conocimientos del operador

La automatización de las acciones mediante la automatización de los procedimientos es una manera excelente de obtener los conocimientos transmitidos de unos operadores a otros y las competencias de los mejores trabajadores de una planta antes de que estos se jubilen o se vayan (Figura 2). Seguirá siendo necesario formar a los operadores, pero la automatización de los procedimientos reduce la dependencia de la memoria humana y de la capacidad personal a la hora de tomar las decisiones adecuadas en momentos de crisis. Los sistemas de control, incluso los relativamente antiguos, pueden realizar estas funciones si se han programado correctamente, pero puede hacer falta ayuda externa para incorporar esta funcionalidad.

Para hacer frente a la "gran rotación" provocada por la demografía de los trabajadores, la posibilidad de automatizar todo el abanico de funciones de control de procesos a través de la automatización de procedimientos adquiere una importancia aún mayor. Los operadores con una larga experiencia suelen atesorar una gran cantidad de conocimientos no escritos sobre las operaciones de la planta que deben ser adquiridos y automatizados. La tecnología ya existe, así que es solo cuestión de asumir el reto y ponerse manos a la obra. Y para ello los proveedores de soluciones de automatización pueden ser de gran ayuda.

Más dispositivos, y más inteligentes

Otra área en la que es fundamental conseguir un nivel más avanzado de automatización de procesos guarda relación con el creciente número de sistemas y dispositivos inteligentes en las plantas de procesos, sean conectados o inalámbricos (Figura 3). La cantidad de elementos de campo conectados a un módem que ofrecen amplias capacidades de diagnóstico e informes ha aumentado exponencialmente, al igual que la información que cada uno de ellos puede ofrecer. Estos dispositivos se conectan fácilmente a una red mediante distintos protocolos, lo que constituye un enorme canal para suministrar cantidades ingentes de datos.

Los dispositivos ya no transmiten individualmente una señal 4-20 mA correspondiente a las variables del proceso, ya que ahora existe información de estado sobre la salud del transmisor o las condiciones de una válvula (Tabla 1). De hecho, aunque positivo, el flujo de información puede resultar abrumador si no se gestiona correctamente.

Por el contrario, un sistema de automatización de procesos bien configurado puede recopilar lo que podría parecer una sobrecarga de datos, digerirlos y presentarlos de forma que se puedan utilizar. Desde el punto de vista del proceso, los datos de proceso ampliados se pueden reducir a indicadores de rendimiento clave establecidos y, posteriormente, aprovecharlos para optimizar las operaciones.

Incorporando cuidadosamente estos datos a la sala de control y los paneles de control, el personal de operaciones podría determinar de solo vistazo el estado del sistema.

La funcionalidad de los componentes de automatización de procesos modernos también es superior a lo que se necesita para controlar o automatizar directamente un proceso. Con frecuencia, proporcionan información valiosa a los sistemas de gestión de mantenimiento, registros históricos, dispositivos móviles, etc.

El todo es más que la suma de las partes

Hacer que todos estos elementos trabajen juntos para crear una simbiosis de tecnologías y procesos de trabajo es una tarea abrumadora. Elegir las mejores estrategias de entre decenas o cientos de posibilidades en una situación dada puede resultar abrumador, y puede causar que algunas empresas se queden estancadas por temor a invertir en las tecnologías equivocadas o de no utilizar correctamente las tecnologías, aunque sean adecuadas. Un proveedor de soluciones de automatización puede ayudar a los usuarios a clasificar una aparente infinidad de opciones y a tomar las decisiones apropiadas.

Una vez hechas esas elecciones, todos los elementos individuales tienen que estar conectados en red para propiciar una interacción optimizada. En este punto es donde la participación de un proveedor de soluciones de automatización es fundamental, ya que se seleccionan e implementan sistemas y componentes de control para conectar piezas muy dispares en un todo. Estas actividades dependen de los conocimientos técnicos acumulados por ingenieros y técnicos que han trabajado en varias de las principales plataformas, en innumerables subsistemas y en numerosos procesos de planta.

Las empresas que han implementado concienzudamente grandes proyectos con una cuidadosa planificación y la ayuda de un proveedor de soluciones de automatización bien capacitado normalmente consiguen mejorar el rendimiento, reducir de costes y aumentar la seguridad, entre otras ventajas (Tabla 2). Tener sistemas de automatización capaces de controlar procesos de la planta sin la intervención humana constante crea un ambiente mucho más seguro y permite que una empresa prospere incluso en situaciones de cambio y en condiciones difíciles. *

AVANCE RÁPIDO

  • A menudo, ni siquiera las plantas de procesos más modernas aprovechan al máximo las capacidades del sistema de automatización.
  • Es posible aprovechar los sistemas de control y los instrumentos inteligentes más modernos para optimizar automáticamente los procesos de planta y las operaciones en general.
  • La ayuda externa puede beneficiar a muchas plantas en la transición del control de procesos básico a la automatización plena.

Información de la válvula inteligente transmitida al sistema de control

  • Posición precisa
  • Tiempo empleado en una posición concreta
  • Fuerza de apertura y cierre
  • Fricción estática y sujeción
  • Ruido del proceso
  • Número de accionamientos

Beneficios de pasar del control básico a la automatización avanzada

  • Facilita la optimización de procesos
  • Aplicable a la operación normal en estado constante
  • Se puede aplicar a las operaciones que provocan interrupciones, como los arranques y las paradas
  • Incrementa la seguridad de los trabajadores gracias a la rapidez de respuesta en situaciones inusuales
  • Complementa eficientemente la intervención humana
  • Permite capturar el conocimiento del personal que se va a jubilar
  • Se integra bien con la información avanzada de dispositivos inteligentes
  • Encaja de forma natural en los sistemas de gestión de mantenimiento, registros históricos y las capacidades de informes para identificar problemas

Artículo escrito por Paul Darnbrough, P.E., CAP

ACERCA DEL AUTOR

Paul Darnbrough, P.E., CAP, es Ingeniero Jefe en MAVERICK Technologies. Cuenta con más de 20 años de experiencia en ingeniería, documentación y construcción de sistemas automatizados de control industrial y de procesos. Darnbrough ha trabajado con clientes de distintos tamaños, desde operaciones de empresas unipersonales hasta empresas incluidas en Fortune 500 y organismos estatales, en procesos que abarcan plásticos, alimentación, productos químicos, manejo de materiales, fabricación discreta, tratamiento de aguas y productos farmacéuticos.

Versión on-line disponible en www.isa.org/intech/20150202.

Derechos de autor de International Society of Automation, enero/febrero de 2015

Este artículo ha sido escrito por Paul Darnbrough, de InTech. Licencia legal concedida por la red editorial NewsCred.