14 mar. 2018

Migración de Sistemas de Control Industriales (ICS)

Leía hace unos días el artículo The ruggedness of ancient instruments is both a blessing and a curse que compartía en LinkedIn Francisco Díaz-Andreu (Director del Máster ISA de Instrumentación y Control) y no podía estar más de acuerdo con el texto. De hecho, había usado ideas muy similares para la introducción de una ponencia de ISA España que preparé el año pasado y que finalmente no llegó a celebrarse.

En aquel documento afirmaba que la extraordinaria fiabilidad que en general ofrecían los ICS (Industrial Control Systems, Sistemas de Control Industrial como los DCS, PLC y SCADA), junto a la poca consideración que suele dársele al ICS en la planta -a veces tratado como una simple commodity-, provocaba que con demasiada frecuencia su vida útil se extendiera más de lo recomendable, incluso más allá del soporte que ofrece el suministrador original.

Prolongar en exceso la vida útil de un ICS puede llegar a comprometer la seguridad, los resultados económicos de una instalación industrial y su capacidad de adaptación a las necesidades del negocio

Quizás el problema más visible sea que con el tiempo, aumenta la tasa de fallos del hardware (la conocida Curva de la Bañera o de Davies) y con ella, el número de incidentes de seguridad y/o paradas imprevistas de la producción.

A medida que el ICS envejece, se incrementa su necesidad de mantenimiento, y para sistemas especialmente antiguos esto se hace difícil: en la plantilla de la empresa usuaria del ICS puede escasear el personal con conocimientos suficientes, lo mismo ocurre en la empresa que lo suministró inicialmente, por eso la eficacia del mantenimiento y las cifras de disponibilidad de la instalación se resienten y también la rentabilidad de la planta (averías imprevistas más frecuentes que requieren de más tiempo para solventarse reducen la disponibilidad de la planta). Tampoco resulta fácil conseguir repuestos cuando hemos dejado envejecer demasiado nuestro ICS. En Internet existe todo un mercado de repuestos de segunda mano y reparados para las principales marcas lo que indica que es una práctica bastante extendida (a día de hoy -01/03/2018- Google ofrece 85.500 resultados para la búsqueda de los términos “Honeywell TDC 3000 spare parts”, un ICS que apareció en 1985).

Pero si el ICS aún tiene buenos datos de fiabilidad ¿qué ganamos cambiando el ICS?
La planta que su antiguo ICS le permite monitorizar y operar no es la misma que aquella para la que se diseñó inicialmente

Tal vez en condiciones normales y estables el ICS cumpla su cometido con buena nota, pero a lo largo de la vida útil de una planta industrial, esta sufre infinidad de modificaciones debidas a las necesidades del negocio (nuevos productos, aumento de la capacidad de producción, cambios en las especificaciones de los productos, etc) o por obligaciones regulatorias (restricciones medioambientales, normativas de seguridad, etc). Un ICS obsoleto puede que no sea capaz de seguir el ritmo de la planta, condicionando así su evolución (por ejemplo, el desarrollo de nuevos proyectos se hace más lento) y además, carece de las prestaciones de ICS más actuales (por ejemplo, soluciones estándar de comunicación con otros sistemas de la planta) por lo que su instalación no compite en igualdad de condiciones con otras de la competencia.

Trabajando con ICS que ya empezaban a ser "veteranos" el autor ha visto como el usuario final debía asumir la pérdida de ciertas funcionalidades simplemente porque ya no se encontraban repuestos o consumibles (ej. sin posiblidad de imprimir desde panel porque ya no se encontraba la cinta de la impresora matricial, pérdida de la función de pantalla táctil), el mantenimiento habitual se hacía difícil (ej: malabarismos para que el sistema aceptara la nueva unidad de cinta utilizada para los backups, que había que grabarlos en cintas reutilizadas varias veces porque ya no se vendían), desarrollo más lento de los proyectos (ej: sin capacidades de simulación, incapacidad de trabajar varias consolas de ingeniería en paralelo, capacidades limitadas para el desarrollo de los gráficos de operación...).

Como en aquella época trabajaba con distintos ICS de Yokogawa, para mi eran evidentes las ventajas que ofrecían las tecnología más recientes, pero para el usuario final de estos sistemas no resulta fácil verlas, especialmente si nunca ha experimentado un problema grave por un fallo del ICS o si no ha podido comparar con otros ICS. Simplemente supone que todos los ICS son como el que tiene en su planta.

La siguiente tabla resume todos estos inconvenientes que hemos ido comentando:
Tabla 1. Problemas y costes de prolongar en exceso la vida de un ICS. Extraída de Roessler, D. (2013). Control System Migrations A Practical Project Management Handbook. Monument Press.

La solución a estos problemas es la migración del viejo ICS, es decir, el cambio del ICS de la planta por una versión más reciente, ya sea del mismo suministrador -una actualización o modernización- o de otro -sustitución o reemplazo-, de manera que dispongamos de las tecnologías más actuales que nos permitan solventar los problemas antes comentados.

Una migración es un proyecto en el que parte -o todo el sistema de control- es reemplazado por otro, al mismo tiempo o por etapas. La elección de una opción u otra depende de múltiples condicionantes (económicos, afectación a la producción, posibilidad de hacerla coincidir con una parada por mantenimiento de las instalaciones, etc).
Imagen 1. Distintos elementos que componen un ICS

Al migrar, podemos esperarse obtener múltiples mejoras en el ICS, como por ejemplo:
Tabla 2. Aspectos de mejora que justifican la migración de un ICS

Algunas de estas mejoras se consiguen de forma inmediata, casí “sin querer” porque las da directamente el nuevo sistema tal cual “sale de su embalaje” (por ejemplo, los ICS más recientes ya se han diseñado teniendo en mente la cyberseguridad, las redes tienen mayor capacidad, disponen de más opciones de conectividad con otros sistemas, etc). Para lograr otras, es necesario trabajar más en las configuraciones del nuevo ICS, pero muchos proyectos de migración no aportan valor añadido -o al menos, no todo el que podrían- porque se plantean como un simple 'Copia y Pega' del ICS existente. Más que migraciones, son emulaciones con lo que se desperdician algunas de las mejoras que podría aportar el nuevo ICS.

Una migración no es algo muy frecuente a lo largo de la vida útil de una instalación industrial. Un proyecto de migración supone una oportunidad única para preservar (o incluso rescatar) el know how que durante años el personal de la planta ha estado incluyendo en el ICS con cada cambio en su configuración. A menudo esas modificaciones no están formalmente documentadas y el único registro existente son las configuraciones en el ICS.

Es también la ocasión perfecta para implementar aquellas estrategias de control que eran muy difíciles o inviables de implementar en el antiguo ICS (porque por ejemplo, el antiguo ICS estaba limitado en cuanto a capacidad física o lógica) o de reimplementar las antiguas estrategias de control mediante herramientas más potentes (por ejemplo, aquellas que necesitaban de múltiples líneas de código en el ICS antiguo podrían implementarse en el nuevo ICS mediantes bloques funcionales configurables, haciendo más fácil su futuro mantenimiento).

Un aspecto de las migraciones que suele olvidarse -o cuando menos, no considerarse en profundidad- es la HMI. Con la migración suelen instalarse más y mayores monitores, pero en general, en ellos se muestran réplicas de los antiguos gráficos de operación para que así el cambio en la interfaz de operación sea menos traumático para los usuarios y su aceptación del nuevo sistema sea mayor. Pero esos gráficos de operación del antiguo ICS se crearon cuando apenas se sabía nada sobre las dificultades del trabajo con los ordenadores (carga mental de trabajo, fatiga visual, etc) por lo que en el diseño de la HMI del nuevo ICS hay posibilidades de mejora para explorar. Por ejemplo, el ASM Consortium presentó en 2005 los resultados un estudio que había realizado en una planta de etileno de NOVA Chemicals. Empleando el OTS de la planta, comparó el desempeño de 21 operadores frente a situaciones anormales que se habían producido durante la vida de la planta, empleando la HMI actual y una HMI mejorada siguiendo las recomendaciones ASM: con los resultados de las pruebas se estimó que la HMI mejorada supondría un ahorro de 800.000 $/año [PDF].

El lector interesado en ampliar sobre este tema encontrará interesante esta ponencia que ofrecí en Algeciras y Madrid en 2016.

La Gestión de Aaarmas en el nuevo ICS también merece una mención especial. No es infrecuente que tras una migración el problema con las alarmas se agrave. Las razones pueden ser varias, entre ellas que el nuevo ICS tiene más opciones de alarmas que el antiguo, que por falta de conocimiento estas nuevas opciones no se utilicen correctamente, que se hereden malas prácticas de alarmado del antiguo ICS, etc. Si el tema les interesa, en la revista Industria Química publique un pequeño artículo introductorio sobre el tema.

Conclusiones
  • A pesar de los excelentes datos de fiabilidad de los ICS, no conviene "estirar" su vida útil más de lo necesario.
  • La migración de un ICS puede justificarse desde dos puntos de vista: reducción del riesgo de averias y aprovechamiento de las posibilidades que ofrece la tecnología actual.
  • Un proyecto de migración es una oportunidad única para preservar (o incluso rescatar) el know how que durante años el personal de la planta ha estado incluyendo en el ICS con cada cambio en su configuración. A menudo esas modificaciones no están formalmente documentadas y el único registro existente son las configuraciones en el ICS.
  • Como la migración del ICS no es algo muy frecuente durante la vida de la planta, conviene aprovecharlas al máximo. Una migración que simplemente replique las funcionalidades que ofrecía el antiguo ICS es una migración desaprovechada.

Fuente: Víctor Daniel Parra Mateo

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