Image

4 Razones por las cuales considerar un Control Distribuido vs. Centralizado

Sept. 26, 2016
El control mecánico juega un papel importante en la industria hidráulica. A pesar de que existen aplicaciones sencillas que requieren de poca inteligencia, fabricantes de componentes y equipo responden cada día más con soluciones que incorporan herramientas más avanzadas, lo que permite una mayor flexibilidad y eficiencia en el diseño.

El control mecánico juega un papel importante en la industria hidráulica. A pesar de que existen aplicaciones sencillas que requieren de poca inteligencia, fabricantes de componentes y equipo responden cada día más con soluciones que incorporan herramientas más avanzadas, lo que permite una mayor flexibilidad y eficiencia en el diseño. Sin embargo, esta tendencia saca a colación una pregunta clave: ¿qué arquitectura de control debería ser implementada en aplicaciones móviles, centralizada o distribuida?

Centralizada vs. Distribuida

La arquitectura de control centralizada es aquélla en la que el cableado se hace hacia un micro controlador centralizado y en la que todas las operaciones reportan al mismo. Esta ha resultado ser efectiva y útil y ha dominado los sistemas de control por años. (ver figura).

Configuraciones de cableado en control centralizado vs. distribuido

La caída en el costo de producción del silicón ha generado un incremento en la oferta, lo que ha impulsado su adopción en un rango amplio de industrias. Los dispositivos móviles representan un indicador del lado del consumidor sobre los cambios que ocurren en todo tipo de industrias. A medida que la tecnología se reduce en costo, su adopción es impulsada, lo que a su vez hace que aumenten las aplicaciones de la misma en gran medida.

El control distribuido utilizando válvulas más avanzadas se aprovechan de la adopción de tecnologías inteligentes, permitiendo que los controles se ubiquen más cerca de los actuadores.

Los sistemas resultantes permiten la utilización de nuevas tecnologías con frecuencias de muestreo más altas, que a su vez permiten obtener respuestas más rápidas y una mayor precisión. Además, con control distribuido, la inteligencia puede migrar del micro controlador al sistema integrado, lo que permite incrementar la potencia de procesamiento y capacidad del sistema completo.

Los Retos que Enfrentan los Ingenieros de Diseño

Uno de los beneficios de utilizar control distribuido hoy en día lo representa el proceso de colaboración – no hay necesidad de ser experto en subsistemas de control. En su lugar, integradores compran componentes que expertos  han diseñado para construir el sistema que se ajusta perfectamente a las necesidades del cliente.

De todas maneras, a medida que aumenta la adopción de tecnologías de sistemas integrados, surgen nuevas interrogantes: ¿cuáles son los puntos funcionales, económicos y de complejidad que indican que vale la pena implementar tecnologías de control distribuidas? De ahí tenemos que cuatro preguntas principales deben ser evaluadas.

¿Qué tan compleja es mi aplicación?

Una aplicación sencilla es perfecta para control centralizado. Cuando se tiene por ejemplo una sola operación, se estima que no sobrecargará al controlador central. Las distancias físicas puede que sean cortas y el ancho de banda de la comunicación no es de preocupación en este tipo de aplicaciones.

Una compleja, sin embargo, que funcione a velocidades altas y con muchos comandos y operaciones simultáneas, podrían afectar las prioridades del controlador y afectar el tiempo de respuesta del mismo. Estas aplicaciones por lo general también requieren de mucha retroalimentación que resulta en una alta productividad y un control preciso. Y a pesar de que sistemas que intercambian data en tiempo real entre subsistemas puedan ser buenos candidatos para utilizar un controlador centralizado, no todas las aplicaciones son iguales:

  • Aplicaciones en las que se requiera de un control asíncrono puede trabajar bien con uno distribuido, por ejemplo: loops de retroalimentación que requieran de una frecuencia de muestreo más alta que otros. Cuando se requieren diferentes tareas a intervalos distintos, el control distribuido puede ser la solución.
  • Subsistemas que tengan una interacción limitada con el sistema de nivel superior, como cuando por ejemplo se efectúa el control a circuito cerrado de la corredera de una válvula o un basculante de bomba, estos pueden ser buenos candidatos para un control distribuido.

Juzgar el momento preciso en el que se sobrecarga un controlador puede resultar más arte que ciencia, pero es lógico que al incrementar el número de partes se afectará la dinámica de la máquina y por ende las operaciones que efectúe. Un punto de partida para eliminar complejidad es el de preguntar sobre los requerimientos de alto nivel.

El tamaño de la máquina podría ser otro indicador de complejidad:

  • El colocar el sistema integrado más cerca del punto de operación / actuador mejora los tiempos de respuesta. No se requiere de un controlador central procesando operaciones menores porque el sistema integrado lo hace.
  • El colocar el sistema integrado cerca del punto e operación también reduce los costos de fabricación y servicio debido a que se requiere menos cableado para permitir la comunicación con el controlador central.

De hecho, el tamaño físico trae otras preguntas:

¿Qué tan grande es mi aplicación y qué potencia de procesamiento necesita?

Una máquina físicamente más grande requiere de más cableado dedicado para alcanzar cada punto de operación desde el controlador central, lo que puede resultar costoso. Para una máquina con puntos de operación y control ampliamente distribuidos en el espacio, puede resultar más eficiente el procesar la información localmente utilizando control distribuido.

El realizar labores de servicio a una máquina con varios caminos de cableado puede además resultar problemático. Además, el control distribuido puede aumentar la potencia del proceso al agregar la capacidad de tener varios nodos de decisión.

¿Cuál es el costo total de propiedad?

A pesar de que cada día los componentes más inteligentes bajan de precio, el aplicar control distribuido puede resultar más costoso inicialmente. Sin embargo, integradores de clientes OEM generalmente evalúan el costo total de propiedad  como guía de cuándo dirigirse hacia el control distribuido.

El costo total de propiedad incluye los costos de fabricación y servicio junto con el costo de adquisición. El desempeño es otro factor utilizado en cuantificar este costo. Si la solución se hace más eficiente y/o productiva, entonces vale la pena considerarlo en el análisis.

Los costos de fabricación y servicio se pueden reducir con control distribuido,. Las señales de control pasan por CAN bus en vez de utilizar cableado dedicado. El ahorro es en costo de material y ensamblaje. El diagnóstico de problemas se facilita con este tipo de sistemas. Otros beneficios incluyen un aumento en el tiempo productivo y un incremento en la productividad y seguridad de la máquina.

¿En qué medida el control distribuido preparará nuestros diseños para el crecimiento?

Puesto de manera sencilla, la maquinaria se hace más compleja a medida que pasa el tiempo. Manejar ese aumento en complejidad se puede ver como una inversión en cableado dedicado y en controladores centralizados más grandes. El control distribuido rompe con este esquema al permitir comunicación a través de CAN bus con sistemas integrados que se agregan fácilmente.

El incorporar más sensores y válvulas hidráulicas se hace sencillo cuando toda la comunicación se hace a través de CAN bus. El aumento de las expectativas en cuanto a retroalimentación, señales y fidelidad del control se manejan de manera más sencilla con un control distribuido. Y ya que la mayoría de los motores por encima de los 50 HP vienen con protocolo de comunicación CAN bus, el hacer redes tiene todavía más sentido.

Válvulas más inteligentes facilitan el diseño y alteración de sistemas de control. El control descentralizado es una manera de físicamente romper problemas de control complejos en otros más pequeños y de solucionarlos más cerca de la operación o el actuador.

Artículo originalmente escrito por Chris Schottler, Gerente de Ingeniería de Eaton Hydraulic Group. Para mayor información, favor visite www.eaton.com.

Para mayor información en Español, puede contactar a Ricardo Solórzano a rsolorzano@eemtechnologies.com, (855)462-7633, www.eemtechnologies.com.

About the Author

Ricardo Solorzano | Director / GM

Ricardo es un Ingeniero Mecánico venezolano, egresado de la Universidad Metropolitana (UNIMET) ubicada en Caracas, Venezuela y cuenta además con una Maestría en Administración de Empresas (MBA) de la Universidad de Clemson en Clemson, SC EE.UU. Empezó su carrera en hidráulica trabajando en el taller de reparación de la entonces Mannesmann Rexroth en Caracas, donde tuvo su primera experiencia con bombas, motores, válvulas, cilindros y unidades de potencia de adentro hacia afuera. Esto le abrió una oportunidad para trabajar como pasante en la central corporativa de Bosch Rexroth en Lohr, Alemania, donde continuó expandiendo sus conocimientos técnicos en áreas diversas: desde el diseño y fabricación de unidades de potencia y bloques de mando, hasta trabajos en ingeniería de aplicación y proyectos en los segmentos de la industria pesada (acero, prensas), petróleo y gas, y departamento de ingeniería civil (hidroeléctricas, esclusas, puentes levadizos, etc.) – para éste momento, ya estaba enamorado de la técnica.

En el año 2004 formalmente se une al equipo Bosch Rexroth, trabajando en lo que es hoy la instalación  más grande de unidades de pistones axiales en las Américas, ubicado en Fountain Inn, SC en EE.UU.. En Bosch Rexroth trabajó en posiciones que oscilaron entre compras técnicas, operaciones trabajando en el departamento de calidad y sistemas de calidad, para luego unirse al grupo de ventas regionales del sureste donde fue responsable de ventas e ingeniería de aplicación, trabajando directamente con distribuidores y clientes OEM en la región.

En el 2014, luego de notar las muchas oportunidades en los mercados Latino Americanos en lo que respecta a personal capacitado en técnica de fluidos o hidráulica, la disponibilidad de soluciones confiables, y un servicio al cliente de calidad, decide abrir EEM Technologies: un distribuidor integral en soluciones en hidráulica, específicamente enfocado en los mercados Latinoamericanos.

EEM Technologies es el distribuidor autorizado Aventics para Centroamérica y el Caribe. Para mayor información, contáctelos al (855)462-7633, [email protected] o visite su pagina web en www.eemtechnologies.com.

Ricardo is a Venezuelan native with a BS in Mechanical Engineering from Metropolitana University in Caracas, and an MBA from Clemson University. He began his hydraulics journey by working in the repair shop with the then Mannesmann Rexroth facility in Caracas, Venezuela, where he got a first glimpse of pumps, motors, valves, cylinders, and power units from the inside out. This opened up an opportunity to intern at Bosch Rexroth’s headquarters in Lohr, Germany, where he continued expanding his technical knowledge in areas ranging from power unit and manifold design & manufacturing, to project / application engineering in the heavy industries segment, oil & gas, and civil engineering departments. By this time, he was hooked.

In 2004 he joined what is now Bosch Rexroth’s largest manufacturing campus for axial-piston products in the Americas at their Fountain Inn, S C. facility, in positions that ranged from technical purchasing, through operations in quality and quality systems, to then join the regional sales force with responsibilities in sales and applications engineering, directly working with distributors and OEMs in the region.

In 2014, after noticing the many opportunities in the Latin American markets for fluid power know-how, reliable solutions, and top-of-the-line customer service, he founded EEM Technologies: a full-line distributor of fluid power solutions specifically targeting customers in Latin America.

EEM Technologies is the authorized Aventics distributor for Central America and the Carribean. For more information, contact (855) 462-7633, [email protected], or visit www.eemtechnologies.com.

Continue Reading

Handbook Simplifies Advanced Aspects of Mobile Hydraulic Controls

May 10, 2017
Author Brendan Casey lays out his hydraulics know-how that he acquired over 27 years in a simple handbook made for people that want to improve their skills in troubleshooting ...

BOOK 2, CHAPTER 12: Fluid Motor Circuits

March 18, 2009
Table of Contents

Sponsored Recommendations

MONITORING RELAYS — TYPES AND APPLICATIONS

May 15, 2024
Production equipment is expensive and needs to be protected against input abnormalities such as voltage, current, frequency, and phase to stay online and in operation for the ...

All-In-One DC-UPS Power Solutions

March 13, 2024
Introducing the All-In-One DC-UPS, a versatile solution combining multiple functionalities in a single device. Serving as a power supply, battery charger, battery care module,...

Motor Disconnect Switches

March 13, 2024
With experienced Product Engineers and Customer Service personnel, Altech provides solutions to your most pressing application challenges. All with one thought in mind - to ensure...

DC Power Solutions: Streamlined Power Supplies for Every Need

March 13, 2024
CBI All In One UPS Power Solutions combine the requirements for several applications in just one device which can be used as power supply unit, battery charger, battery care module...