OPTIMIZACION DE ALARMAS EN CENTROS DE CONTROL HMI

UTS. Mahecha, Diego. Triviño, Helber. Optimización de alarmas en HMI de la sala de control del CPF Recetor.

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OPTIMIZACIÓN DE ALARMAS EN HUMAN MACHINE INTERFASE (HMI) SALA DE CONTROL DEL CENTRAL PROCESS FACILITY (CPF) DE RECETOR. Mahecha, Diego. Triviño, Helber [email protected]; [email protected] Ingeniería en Control Electrónico e Instrumentación Universidad Distrital Francisco José de Caldas, Unidades Tecnológicas de Santander Bucaramanga, Colombia

Resumen— Contar con alarmas de proceso es indispensable en todo tipo de industria, pero sin una adecuada gestión se convierten en herramientas ineficientes que consumen gran parte del tiempo del operador. El propósito de la racionalización de alarmas es identificar las condiciones para una alarma, establecer la prioridad para cada una de ellas, a fin de reducir al mínimo la posibilidad de daños en las personas, a los equipos o al medio ambiente. Se realizó el proceso de racionalización de alarmas en CPF de Recetor, siguiendo la filosofía general para el manejo de alarmas en las facilidades de Casanare de BP (British Petroleum). Como resultado del trabajo se recolectó la información de todas las señales de campo, se establecieron y protegieron los límites de prealarmas de acuerdo a las ventanas operativas, se clasificaron y se asignaron sonidos a las alarmas de acuerdo a su criticidad y se generó una base de datos donde quedó registrada toda la información que actualmente es de fácil consulta. Fueron revisadas 2146 alarmas digitales, 62 alarmas análogas y 72 alarmas grupales para un total de 2280 alarmas. Índice de Términos— Sistema de alarmas, Racionalización de alarmas, CPF de Recetor. I.

INTRODUCCIÓN

En todo proceso industrial, están involucradas variables que es necesario controlar, hoy gracias a la tecnología se tienen diferentes maneras de manipularlas, especialmente si se puede centralizar todo el proceso en un solo punto (Sala de control o control room). Allí se concentra tota la información en un PLC (Programmable Logic Controller), un autómata cuyo software permite desarrollar el control del proceso y representar gráficos dinámicos que a través de un equipo periférico HMI visualiza el proceso al operador para supervisar el comportamiento, manipular los puntos de control o set point, ajustar sus ventanas operativas, y llevar un historial. Las alarmas que anuncian desviaciones de los puntos de consigna de las ventanas operativas del proceso, advierten de los peligros y riegos. Sin embargo, si se activan algunas o todas al mismo tiempo el registro de eventos se satura 

generando entorpecimiento del sistema al tratar de evidenciar cuál de ellas fue la que origino la causa raíz de falla. Por ello se debe ofrecer una opción que de solución donde se optimice los sistemas de control y gestión de alarmas. Lo que se busca es generar un mecanismo capaz de identificar las alarmas que más se repiten, aquellas ruidosas, aislar las acciones más comunes del operador, analizar las intervenciones del mismo e incluso comparar las alertas con datos de proceso para tomar mejores decisiones frente a un escenario similar. Son varios los beneficios que ofrece el incorporar la automatización a los sistemas de alarmas, como por ejemplo, liberar tiempo del operador para que se enfoque en otras tareas de la producción, detectar problemas en equipos que antes no se percibían y descubrir potenciales problemas de seguridad.

II.

MARCO TEÓRICO

El desarrollo de este proyecto requirió del manejo de tres ejes principales: los estándares vigentes de BP, los estándares internacionales en la optimización de alarmas y el conocimiento del software de Rooswell, para la configuración y obtención de la ingeniería. A continuación se resume los fundamentos teóricos más relevantes. A.

Sistema de alarmas

Es un sistema completo de generación y manipulación de alarmas en los equipos, transmisión y acondicionamiento de señales, proceso de alarmas y pantalla de alarmas, que incluye hardware, software e información de soporte (por ejemplo, procedimientos de respuestas de alarma). Una alarma indica un problema que requiere la atención del operador y se inicia generalmente por una medición del proceso que se aproxima a un valor indeseable o potencialmente peligroso.

Las alarmas deben:

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Identificar claramente la condición que se ha producido. Usar términos donde el operador esté familiarizado con estos. Poseer un diccionario de abreviaturas. Tener un mensaje coherente y estructurado.

Racionalización de alarmas

Proceso en donde un equipo multi-disciplinario determina que configuración de la alarma (prioridad y settings) es requerida por parámetros individuales en el sistema de control, cumpliendo con todas las necesidades operativas y reguladas según estándares internos y externos. C.

Priorización de alarmas

En un sistema de alarmas de cualquier tamaño significante es útil dar prioridad a las alarmas, de tal forma que en un momento dado el operador pueda ver cuál de las alarmas es la más importante y le ayude a tomar una acción correctiva cuando varias alarmas se presenten al mismo tiempo. D.

Respuesta del Operador

En operación normal, el operador es alertado cuando se produce un evento por un cambio de estado de un objeto en la pantalla y por la inserción de una nueva línea de texto en la lista. Si el objeto configurado es una alarma, está sonará en forma audible y será incluida en el listado de alarmas y eventos con un color específico de acuerdo a la prioridad que la alarma tenga. Además estas acciones también se presentarán en la lista de alarmas. Aceptación de alarmas. • La alarma puede ser reconocida oprimiendo una tecla asignada. • Las estaciones pueden ser equipadas con alarmas sonoras, estas sonarán cuando una alarma es generada por el sistema. Puede ser cancelada con el botón de silencio. • Los sistemas también cuentan con la configuración de tendencias las cuales ayudan a visualizar mejor las condiciones del proceso y las alarmas presentes. Tiempo de almacenamiento, lugar y registro. E.

Señales Sonoras

Las alarmas sonoras ayudan al operador a identificar la naturaleza de la alarma por su prioridad. Se han identificado tres tipos de alarma sonora:

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• Prioridad 1: (Sonido fuerte y continuo). Son todas aquellas alarmas que causan un efecto en la operación normal del proceso, si no se toma una acción inmediata para corregirla. (switches y equipos críticos). • Prioridad 2: (Sonido leve y distanciado). Son todas aquellas alarmas que indican que una variable está sobrepasando los límites normales (pre-alarmas). • Prioridad 3: (Alarma sonora sencilla y autosilencibale a los 3 seg). [2]

III.

METODOLOGÍA

Se realizó el proceso de racionalización de alarmas en CPF de Recetor con el apoyo del grupo de operadores de la sala de control, operadores de campo, la contribución de los Ingenieros de control Wilson Turca, Jolman Rivera, la asesoría del ingeniero Oscar Pérez, la tutoría del ingeniero Alvaro Alyamani Triana y Diego Mahecha. A.

Fase de diagnóstico.

Se creó una lista actualizada de alarmas de la facilidad e identificación de las falencias encontradas por los operadores de sala de control en sistema de alarmas. Esto permitió hacer un diagnóstico de la situación previa a la racionalización de alarmas. B.

Equipo de trabajo y cronograma de actividades.

Se integró un equipo de trabajo que cumplió con las características recomendadas en documento GP-30-45 [2]. El equipo esté conformado por: • Estudiante en Práctica. • Operador de Sala de Control. • Operador Autoridad de Área Local. Los cambios que este equipo proponga serán aprobados por el Ingeniero de Instrumentación y Control y el Ingeniero de Procesos. Con base en la disponibilidad de las personas del grupo de trabajo, la opinión del Ingeniero de Instrumentación y Control y del Supervisor de Planta, se procedió a hacer un cronograma de actividades. C.

Análisis de alarmas.

Se inició por las alarmas activas previas al proyecto con mayor ocurrencia y luego se analizaron las demás alarmas. Para cada alarma se encontró su prioridad, se definió la respuesta del operador, y se hizo la inclusión en la base de datos con todos los parámetros actualizados.

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RACIONALIZACIÓN DE ALARMAS CPF RECETOR

Figura 1. Flujograma priorización de alarmas Fuente: Adaptación del autor de [13] Este capítulo contiene una descripción del proceso de racionalización de alarmas que fue llevado a cabo en el HMI del CPF en Recetor, siguiendo la filosofía general para el manejo de alarmas en las facilidades de Casanare [1]. Durante los meses Enero y Febrero de 2010 se llevó a cabo el proceso de priorización de alarmas del HMI del CPF Recetor. Se tomaron todas las alarmas configuradas en el HMI de la facilidad y se analizaron individualmente. Se revisaron la prioridad y el comentario de cada alarma siguiendo las indicaciones de la sección 8.4 del documento GP 30-47 [3]. Se hizo un estudio del archivo histórico de alarmas de los últimos 3 meses (Octubre a Diciembre de 2009) para identificar las alarmas más frecuentes y las razones por las cuales ocurren y si era necesario hacer cambios en la configuración o en los niveles de las alarmas para evitar que la alarma siga presentándose en forma recurrente. Durante todo

el proceso se involucró al grupo de operadores de sala de control y a los ingenieros de control. Posteriormente se tomaron una a una el resto de las alarmas que se encontraban configuradas en el HMI para someterlas al proceso de priorización, el cual se hizo siguiendo las indicaciones y el flujograma propuesto en la norma (ilustrado en la figura 1). Además, se creó para cada alarma un comentario claro que indique el instrumento al que se refiere, el nivel de la alarma, el tag del equipo, y la ubicación en la planta. Fueron revisadas 2146 alarmas digitales, 62 alarmas análogas y 72 alarmas grupales para un total de 2280 alarmas. Para los operadores, esta revisión representó una oportunidad para conocer mejor el sistema de alarmas y para proponer cambios para su mejoramiento.

UTS. Mahecha, Diego. Triviño, Helber. Optimización de alarmas en HMI de la sala de control del CPF Recetor.

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V. RESULTADOS DEL TRABAJO El resultado de la priorización queda consignado en el archivo “Racionalizacion_alarmas_recetor.xlsx”, en dicho archivo se muestra la configuración anterior de cada alarma y los cambios propuestos. Además, se registraron para algunas alarmas, comentarios relevantes que surgieron de la revisión. También se registran las alarmas que se identificaron como las más frecuentes con un comentario que explica las razones por las cuales se presenta, y las acciones correctivas a tomar. Como resultados adicionales, se entregan dos aplicaciones relacionadas con el sistema de alarmas. La primera aplicación sirve para hacer análisis post eventos (PostEventos.xls), es decir, para ver la secuencia de alarmas y eventos que ocurrieron entre dos momentos y que puede ser útil para analizar eventos o incidentes que ocurran en la planta. El segundo, es para analizar el comportamiento del sistema de alarmas en una semana cualquiera (SistemaAlarmas.xls). Esta aplicación muestra el número total de alarmas que fueron generadas durante la semana e indica cuantas veces se repitió cada una.

Informe de racionalización de alarmas En el archivo “Racionalizacion_alarmas_recetor.xlsx” queda el registro de los cambios hechos a la configuración de las 2280 alarmas en Recetor. Separados en tres hojas de cálculo: la primera para las 62 alarmas analógicas, la segunda para las 2146 alarmas digitales y la ultima para las 72 alarmas grupales. Las tablas son el formato inicial del primer estudio de ingeniería básica que se realiza en un proyecto, es aquí donde se plantea cada una de las alarmas a ser programadas luego de una metodología Hazop, análisis “what if”, listas de chequeo, análisis de los modos de fallo, efectos , consecuencias etc . Posteriormente este listado de alarma se organiza y clasifica de acuerdo al sistema de control. En la figuras 2, 3 y 4 se encuentran los ejemplos de registro de cambios. En la tabla 1 se indican las convenciones utilizadas para la priorización. En la primera columna se encuentra el “Tag name” que es el nombre con que el ingeniero de control detalla la alarma dentro de la configuración de los equipos autómatas, DCS, etc.

Tabla 1. Convención empleada para la prioridad de cada alarma Fuente: Autor.

La columna “Tag Description” que están en negro representa la configuración anterior de las alarmas y las que están en color rojo, son los cambios que se hicieron. Este Tag indica la descripción real de la señal asociada al tag name. Esta casilla debe cumplir con la norma de la EEMUA 191 [10] y con las guías GP30-45[2], GP30-47[3]. Esta descripción debe salir como mensaje en el HMI cuando ocurra un evento relacionado con la señal de tag name. En la columna “Sev”, se encuentra la severidad. Está valoración sale de una matriz Risk donde se compara el posible riesgo versus el impacto y con ello, el tamaño de la perdida según valores económicos. Según sea la pérdida económica así mismo debe ser la respuesta del operador. En la columna “Prioridad”, se encuentra el nivel de prioridad de la alarma arrojado al seguir el flujograma indicado en la figura 1.

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Figura 2. Ejemplo de registro de los cambios que se hicieron a la configuración de las alarmas Digitales Fuente: Autor.

Figura 3. Ejemplo de registro de los cambios que se hicieron a la configuración de las alarmas Analógicas. Fuente: Autor.

Figura 4. Ejemplo de registro de los cambios que se hicieron a la configuración de las alarmas Grupales Fuente: Autor.

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UTS. Mahecha, Diego. Triviño, Helber. Optimización de alarmas en HMI de la sala de control del CPF Recetor. VI. RECOMENDACIONES

Este problema se puede corregir si se logran agrupar la alarmas de los equipos y sistemas. Pues siguiendo con los procedimientos, luego de la verificación de aislamientos se podrían cancelar el grupo de alarmas del equipo en cuestión afín de lograr una mejor optimización del sistema de alarmas.

Para el máximo aprovechamiento del trabajo realizado, se sugiere completar las siguientes acciones: •

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•

Implementar un grupo de trabajo capacitado bajo la norma y estándares de la empresa que administre las alarmas, de forma tal que se tenga control sobre las nuevas configuraciones. Verificar que todas las alarmas tipo bypass queden configuradas para aparecer en la lista de bypass activos en la pantalla de alarmas. Configurar tags discretos independientes para cada alarma de los tags tipo real, esto para que el operador sepa exactamente cuál es el nivel de alarma que se está generando.

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Implementar los cambios propuestos en las nuevas aplicaciones del HMI y actualizar la base de datos de alarmas siguiendo el procedimiento sugerido.

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Hacer seguimiento al comportamiento del sistema de alarmas utilizando la aplicación y el procedimiento sugeridos.

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Los operadores de Cuarto de Control deben recibir capacitación en el sistema de alarmas de tal forma que tengan clara cuál es la filosofía de alarmas del sistema y cuáles son las acciones correctivas a tomar en caso de un evento. Los ingenieros de Control deben recibir capacitación en el sistema de tal forma que tengan claridad sobre la filosofía del sistema de alarmas y los equipos que hacen parte del sistema.

•

Para la posición o estatus de las SDV’s se sugirió mostrar únicamente su estado con el cambio de color rojo y verde en la pantalla del HMI y eliminar las descripciones y alarmas.

•

Se encontraron sistemas que no estaban en la facilidad, sistemas que ya habían sido desmantelados o que se encontraban fuera de línea y que aun las alarmas permanecían configuradas en el HMI.

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Existen equipo instalados en campo cuya ubicación no se encuentra claramente identificada, esta falla se ve reflejada en la descripción de la alarma. Fue necesario realizar reunión conjunta con el personal de ingeniería y encargado para definir y unificar criterios de ubicación y aceptación.

•

Se encontraron TAG’s configurados en campo que estaban invertidos en el HMI.

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Durante el proceso de priorización, se encontraron TAG’S de alarmas que no se encontraban asociadas a ninguna señal de campo así como tampoco a ningún comando del HMI.

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Según se evidencio en el proceso, toda alarma que produce un shutdown tiene asociada una señal first out. En base a esto todo first out debe ser considerado un evento y no una alarma.

•

Las señales bypass deben quedar configuradas en el módulo de alarmas para poder ver la lista de los bypass activados. Aunque queden configuradas en el módulo de alarmas, deben ser consideradas como avisos.

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Se pudo evidenciar durante en filtrado y el proceso de priorización que debido a la falta de control y administración de las alarmas, se tenían redundancias con el listado de los TAG’s, encontrándose algunos configurados únicamente en el HMI, así como repetidos dos y tres veces con la misma descripción.

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Se implementó el código de colores propuesto en la norma para cada uno de las alarmas según su clase, tipo y prioridad.

VII. CONCLUSIONES •

Se pudo evidenciar que algunos puntos de control configurados en el HMI, que el operador tenía dentro de sus ventanas operativas no estaban asociados a un valor real del transmisor. Esto sugería una falsa alarma y la posibilidad de eliminación.

•

Debido a la operatividad de los pozos y a la facilidad que se tiene para trabajarlos como inyector o productor, mientras el pozo se encuentre como inyector, las alarmas para pozo productor deben ser desactivadas.

•

Se pudo observar durante todo el proceso, que un gran número de alarmas era recibido en la sala de control debido a equipos que estaban en mantenimiento mayores,

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• Se reescribieron todos los TAG’s del listado general de alarmas, cumpliendo con lo establecido en los estándares EEMUA de seguridad de alarmas.

UTS. Mahecha, Diego. Triviño, Helber. Optimización de alarmas en HMI de la sala de control del CPF Recetor. • cancelar las alarmas que son consecuencia de una operación normal sobre un equipo o que se activan como consecuencia de la activación de otras alarmas, optimizan el tiempo y la respuesta correctiva del operador, dismuyendo el estrés generado por innumerables alarmas al mismo tiempo.

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[13] Rodríguez J., Díaz C., Rueda J. Filosofía general para el manejo de alarmas en las facilidades de Casanare. BP Internal. Número de Documento: ACPU-AGE-OPS-PHI-001-00. Octubre, 2009.

• Se mejoró el enfoque de mantenimiento y de las normas de seguridad. • La racionalización de alarmas hace más eficiente la labor del operador, mejora la seguridad reduciendo al mínimo la posibilidad de daños a las personas, a los equipos o al medio ambiente. • El sistema de gestión de alarmas que se implementó en el CPF de Recetor está en conformidad con los estándares definidos por la EEMUA 191 [10] y de las guías prácticas de BP GP 30-45 y GP 30-47 [2] [3]. • Se formularon las recomendaciones para el control de las alarmas y la respuesta a ellas presentes en Recetor para cumplir con los estándares definidos en la Norma Internacional EEMUA 191. VIII. REFERENCIAS [1] BP GROUP. Guidance on Practice for Process Automation Systems. GP 30-40. [2] BP GROUP. Guidance on Practice for Human Machine Interface for Process Control. GP30-45. Diciembre 2002. [3] BP GROUP. Alarm System Design and Management. GP30-47. Octubre 2009. [4] BP GROUP. Automation Systems Digital Security and Integrity. GP30-60 [5] BP GROUP. Safety Instrumented Systems (SIS) Specification and Implementation. GP30-80 [6] BP GROUP. Safety Instrumented Systems (SIS) Operations and Maintenance. GP30-81. [7] BP GROUP. Guidance on Industry Standard for Procurement of Control Systems. GIS30-401. [8] BP GROUP. Guidance on Creating and Maintaining an Alarm Philosophy Document. GN30-471. [9] BP GROUP. Guidance on Creating and Maintaining an Alarm Response Manual. GP30-472 [10] EEMUA. Engineering Equipment and Materials Users’s Association. Alarm Systems: A Guide to Desing, Management and Procurement. Pub. No 191 Edition 2. 2007. [11] HOLLENDER M., BEUTHEL C. Sistema inteligente de alarmas. Revista ABB. 2007. [12] ISA. The International Society for Automation. Management of Alarm Systems for the Process Industries. Número de Documento: ISA SP18.02.

Helber Oswaldo Triviño Montenegro. Ingeniero en Control Electrónico e Instrumentación (C) título que será otorgado por convenio Universidad Distrital Francisco José de Caldas y las Unidades Tecnológicas de Santander. Tecnólogo en ingeniería de instrumentación y control industrial (1997) de la Tecnológica Industrial Colombiana. Se ha desempeñado en el área de Instrumentación y Control Industrial en empresas como Peldar (OI), Quala S.A, Farmacéutica Albofarma y en la industria del petróleo desde el año 2002 en diversas facilidades colombianas como Guando (Tolima), la Refinería de Barrancabermeja, el CPF de Cusiana, LTT, Recetor, Floreña, Cupiagua en Casanare y campo Rubiales Meta.