Como se sabe, en una planta se distinguen tres niveles de comunicación:

• El nivel de información del proceso, basado en Ethernet tanto en planta como en terminales.

• El nivel de control o H2, que conecta los controladores con dispositivos de periferia distribuida en procesos.

• El nivel de instrumentación o H1, orientado exclusivamente a instrumentos con necesidades de conexión en dos hilos y en ambientes con riesgos de explosión.

De acuerdo a las diferentes necesidades de elevar la disponibilidad, puede aplicarse redundancia en todos o en cada uno de ellos, según lo permita la tecnología de cada marca. Por ser la arquitectura de alta disponibilidad en todos los niveles el caso más requerido en los procesos mineros en Chile, nos referiremos a éste.

Redundancia en el Nivel de Información

A fines de garantizar la transferencia continua de información entre los controladores de proceso y los servidores que disponen de información para el operador, la arquitectura de conexión Ethernet para este propósito que por excelencia se utiliza es el Anillo interconectado en fibra óptica. El anillo presenta la ventaja que al cortarse en cualquier segmento permite seguir la transmisión de información en una arquitectura de bus; el uso de fibra óptica garantiza velocidad de transmisión independiente del medio y la distancia. Sin embargo, para garantizar la continuidad de transferencia de información, uno de los switches que regulan el tráfico de infor-mación en la red debe poseer la funcionalidad de moni-torear el evento de pérdida del anillo y recursar el tráfico en red; esa funcionalidad se denomina Redundancy Management y es propia de switches industriales particulares.

El procedimiento de Redundancy Management utiliza funcionalidades asociadas a los servicios del protocolo Rapid Spanning Tree de los switches comerciales modernos, con el agregado que cada fabricante provee a fines de minimizar al extremo el tiempo de configuración, para lo que se implementan funciones de reconfiguración rápida de la tabla de switches asociados al anillo (función Rapid Reconfiguration Spanning Tree) que reduce el tiempo de reconfiguración del or-den de los minutos a los segundos.

A pesar de la alta disponibilidad y eficiencia-costo operacional del anillo, las empresas chilenas se orientan a arquitecturas de anillos dobles o redundantes, las cuales elevan en un factor de orden 4 la disponibilidad del sistema, incrementando también notoriamente el costo para el cliente. Esta configuración requiere además de dos switches con puertas de transferencia de tráficos que monitorean si su anillo se encuentra interrumpido; en ese evento, retransfieren todo el tráfico al anillo de respaldo, continuando el servicio en forma instantánea.

Debe destacarse que las conexiones a anillos -tanto simples como redundantes- exigen la instalación de interfaces de comunicación también duplicadas en los controladores y en los servidores de proceso; esto conlleva la utilización intensiva de más switches y componentes de cableado estructurado, por lo que a la hora de decidir sobre la arquitectura de transmisión de información de la planta debe prestarse mucha atención si los costos que demanda la instalación de un doble anillo se adaptan a las necesidades costos efectivas versus las probabilidades reales de fallas que el sistema puede tener y sus consecuencias económicas.

Redundancia en el Nivel de Control H2

En este caso nos referiremos a la arquitectura basada en Profibus DP, la cual permite armar redes de alta disponibilidad desde los controladores redundantes, como dos líneas buses o "piernas" regidas por el controlador activo, con lo que la interrupción eléctrica del bus permite que el mismo controlador conmute su tráfico a la otra "pierna" y siga su marcha sin ninguna perturbación. Esta solución es la más efectiva en términos económicos y funcionales, ya que sólo requiere dobles interfaces en las periferias de I/Os remotos; sin embargo, también se prevén links que convierten las redes redundantes en redes simples a fines de permitir la conexión de equipos no redundantes (drives, breakers, otros PLCs menores, etc.).

Con el fin de elevar el nivel de disponibilidad, es posible reemplazar cada "pierna" hecha en cable STP de cobre por anillos en fibra óptica; mediante el uso de módulos OLM (Optical Link Modules) es posible regir el tráfico determinístico de Profibus dentro de anillos simples (caso de un solo controlador) o incluso dobles (un anillo para cada controlador en caso de control redundante).

Estas arquitecturas tienen sentido en la transmisión de largas distancias (hasta 10 km) donde se vincula la sala de los controladores con los CCMs remotos debiendo cubrirse un trayecto en condiciones complejas de instalación. En este sentido, Profibus permite salvar esta distancia en alta velocidad (típica 1,5MB/s) manteniendo determinismo al hacerlo sobre fibra óptica y, con esto, alta disponibilidad y seguridad contra riesgos de corte justamente donde se lo necesita: en la instalación a través del terreno. Al llegar al CCM, el OLM permite convertir de nuevo a cable STP para cablear económicamente dentro del mismo.

Redundancia en el Nivel de Instrumentación H1

En este terreno, los dos sistemas impuestos Profibus PA y Foundation Fieldbus, ambos regidos por el estándar eléctrico IEC 61158-2 cláusula 21 e IEC 61784, históricamente no han previsto en sus diferentes arquitecturas la posibilidad de estructurarse en forma redundante mas allá de la solución exitosa de Profibus de llegar con dos líneas hasta el conversor DP/PA o DP/FF, los cuales gestionan la redundancia aguas arriba de la red de ins-trumentación. Sin embargo, estamos en condiciones de anunciar el lanzamiento de componentes para realizar anillos en redes Profibus PA a partir del año 2007, lo que permitirá extender el concepto de alta disponibilidad en estas redes.

Conclusiones

El solo hecho de que exista tecnología apropiada para asegurar la alta disponibilidad de un sistema, no exime al ingeniero proyectista de especificarla con criterio; éste debe basarse en una análisis probabilístico de fallas y sus consecuencias económicas para el proceso productivo, las posibilidades de mitigarlas y el beneficio indudable de utilizar los sistemas de alta disponibilidad en cada uno de los niveles vitales de la planta productiva.