Scada Grupo 4

 

ESCUELA MILITAR DE INGENIERIA

ING. PETROLERA

 

Resumen Ejecutivo El nombre de SCADA corresponde a la abreviatura de “Supervisory Control  And Data Adquisiti Adquisition on”, es decir: adquisición de datos y supervisión de control. Un SCADA es un software de aplicación especialmente diseñado para funcionar sobre ordenadore ordenadoress de producción, proporcionando comunicación

con

los

dispositivos de campo y contro controlando lando el proceso de fforma orma automática desde lla a pantalla del ordenador. Además, provee de toda la información que se genera en el proceso productivo a diversos usuarios: control de calidad, supervisión, mantenimiento

1

 

ESCUELA MILITAR DE INGENIERIA

ING. PETROLERA

 

1. Introducción El sistema SCADA su principal objetivo es de obtener información centralizada en tiempo real y presentarla en unidades de ingeniería y pantalla. SCADA corresponde a la abreviatura de “Supervisory Control And Data Adquisition”, es decir: adquisición de datos y supervisión de contro control,l, el cual permite supervisar y controlar, las distintas variables que se encuentran en un proceso

2. Objetivos

3. MARCO TEORICO 3.1. Descripción de SCADA El nombre SCADA significa: (supervisor y control and Data Adquisition, control supervisor y adquisición de datos. Un sistema SCADA es una aplicación o conjunto de aplicaciones software especialmente diseñado para funcionar sobre ordenadores de control de producción, con acceso a la planta mediante la comunicación digital con los instrumentos y actuadores, e interfaz gráfica de alto nivel con el usuario (pantallas táctiles, ratones o cursores ,lápices ópticos ,etc.) inicialmente solo era un programa que permitiría la supervisión y adquisición adq uisición de datos en procesos de d e control ,en los últimos tiempos han sido surgiendo una serie de productos hardware y buses especialmente diseñados adaptados para este tipo de sistemas. La interconexión de los sistemas SCADA también es propia, se realiza una interface del PC a la planta centralizada, cerrando el lazo sobre el ordenador principal de supervisión. El sistema permite comunicarse con los dispositivos de campo (controladores autónomos, autómatas programables, sistemas de dosificación, etc), para controlar c ontrolar el proceso en forma automática desde desd e la pantalla del ordenador, que es e s configurada por el usuario y puede ser modificada con facilidad.

2

 

ESCUELA MILITAR DE INGENIERIA

ING. PETROLERA

 

Los sistemas SCADA se utilizan en el control de oleoductos, sistemas de transmisión de energía eléctrica, yacimientos de gas y petróleo, redes de distribución de gas natural, subterráneos, generación energética (convencional y nuclear)

3.2.

Características de un sistema SCADA

Los sistemas de SCADA, en su función de sistemas de control, dan una nueva característica de automatización que realmente pocos sistemas ofrecen: la de supervisión. Sistemas de control hay muchos y muy variados y todos, bien aplicados ofrecen soluciones optimas en entornos industriales. Lo que hace del sistema SCADA una herramienta diferenciativa es la característica de control supervisado. La parte de control viene definida y supervisada, por el proceso a controlar, y en última instancia, por el hardware e instrumental de control (PCLs, controladores lógicos, armarios de control) o los logaritmos lógicos de control aplicados sobre la planta los cuales pueden existir previamente a la implantación del sistema SCADA, el cual se instalara sobre y en función de estos sistemas de control. Se puede definir la palabra supervisar como ejercer la inspección superior en determinados casos, ver con atención o cuidado y someter una cosa a un nuevo examen para corregirla o repararla permitiendo una acción sobre la cosa supervisada. La función de monitorización de estos sistemas se realiza sobre un PC industrial ofreciendo una visión de los paramentos de control sobre la pantalla de ordenador ,lo que se denomina un HMI ( Human Machine Interface),como en los sistemas SCADA ,pero solo ofrecen una función complementaria de monitorización: es decir ,los sistemas de automatización de interfaz gráfica tipo HMI básicos, ofrecenb una gestión de alarmas en formato rudimentarias mediante las cuales la única opción que le queda al operario es realizar una parada de emergencia, reparar o compensar la anomalía y realizar una reset. en los sistemas SCADA ,se utiliza un HMI interactivo en cual permite detectar alarmas y a través de la pantalla solucionar el problema mediante las acciones adecuadas en e n tiempo real. Esto otorga una gran flexibilidad a los sistemas SCADA. Todos los sistemas de SCADA ofrecen una interfaz gráfica PC-Operario tipo HMIm, pero no todos los sistemas de automatización que tienen HMI son SCADA, la diferencia radica en la función de supervisión que pueden realizar estos últimos a través del HMI. 3

 

ESCUELA MILITAR DE INGENIERIA

ING. PETROLERA

 

  Adquisición y almacenado de datos: para recoger, procesar y almacenar la información recibida, en forma continua y confiable.   Representación gráfica:  y animada de variables de proceso y monitorización de estas por medio de alarmas.   Ejecutar acciones de control, para modificar la evolución del proceso, actuando bien sobre los reguladores autónomos básicos (consignas, alarmas, menús, etc) bien directamente sobre el proceso mediante las salidas conectadas.   Arquitectura abierta y flexible , con capacidad de ampliación y adaptación.   Conectividad,  con otras aplicaciones y bases de datos, locales o distribuidas en redes de comunicación.   Supervisión, para observar desde un monitor la evolución de las variables de control.   Transmisión, de información con dispositivos de campo y otros PC.   Base de datos, gestión de datos con bajos tiempos de acceso.   Presentación, presentación grafica de los los datos ,.Interfaz del del operador o HMI   Explotación de los datos adquiridos para gestión de la calidad, control estadístico, gestión de la producción y gestión administrativa y financiera.   Alertar al operador de cambios detectados en la planta, tanto aquellos que no se consideren normales (alarmas) como cambios se produzcan en la operación diaria de la planta (evento). Estos cambios son almacenados en el sistema para su posterior análisis.













  





3.3.

Elementos de SCADA

a) La estación maestra o master  

Recibe datos de las condiciones de los equipos en campo que es enviada por las estaciones remotas (RTU). Procesa la información y envía comandos a las estaciones remotas para mantener las variables de los procesos dentro de los parámetros establecidos. La estación maestra dependiendo del tipo de sistema a Scada a implementar puede ser una PC con un software de supervisión y control. En muchos casos se opta por trabajar con un PLC con capacidad de comunicación que realizaría la tarea de leer la información de las unidades remotas.

4

 

ESCUELA MILITAR DE INGENIERIA

ING. PETROLERA

 

Fig. 1 - Estación Maestra o Master

b) Las unidades remotas o RTU

Controlan todas las señales de entrada y salida del campo como válvulas, equipos de medición, motores, etc. Monitorean las condiciones de los dispositivos de campo y almacenan los estados de las alarmas. Envían los estados y alarmas de los equipos en campo y reciben comandos de la estación maestra.

5

 

ESCUELA MILITAR DE INGENIERIA

ING. PETROLERA

 

Fig. 2 La estación maestra interroga a las RTU por medio de un proceso de encuesta o Polling

c) Red de telemetría

Permite establecer el intercambio de información entre la estación maestra y las unidades remotas. Cuando hablamos de telemetría nos referimos básicamente a tres componentes: • La

topología usada: Corresponde al arreglo geométrico de los nodos. Entre los principales se tiene el punto a punto, punto a multipunto, etc. • Modo de transmisión: Es la forma como viaja la información entre los distintos nodos de la red. • El

medio utilizado: Corresponde al tipo de medio utilizado para enviar y recibir la información. Puede ser una línea física dedicada, a través del medio atmosférico, a través de las líneas de alta tensión, etc.

6

 

ESCUELA MILITAR DE INGENIERIA

ING. PETROLERA

 

Fig. 3 - Red de Telemetría d) La estación de supervisión

Permite la visualización gráfica del estado del proceso, es decir proporciona al operador las funciones de control y supervisión de la planta. El proceso se representa mediante sinópticos almacenados en el ordenador de proceso y generados desde el editor incorporado en el SCADA o importados desde otra aplicación durante la configuración del paquete.

Fig. 4 - Estación de Supervisión 7

 

ESCUELA MILITAR DE INGENIERIA

ING. PETROLERA

 

 APLICACIÓN  APLICAC IÓN PRÁCTICA PRÁCTICA

PRODUCCION 1. Beneficios del scada vantage vantage   Información efectiva para operación, mantenimiento, administración, ingeniería y desiciones corporativas Incremento de la producción a través de la reducción del tiempo muerto y la implementación de herramientas de optimización Cambios significativos en la tasa operadores por pozo, lo cual incrementa la productividad del operador Flexibilidad y escalabilidad de los sitemas, lo cual produce una reducción en los costos del cilco de vida de un SCADA Simplicidad en los resultados del sistema, logran una baja en el costo de soporte del sistema. CUANDO UTILIZAR SCADA VANTAGE? Para operaciones de extracción o transporte donde las comunicaciones disponibles tienen un bajo ancho de banda, o una mezcla de medios de transmisión Para arquitecturas que requieren distribución del sistema Para una mezcla de control y acceso local, regional y corporativo Para un intercambio de datos dinámico con sistemas corporativos Para centros de control regional que requieren monitoreo y control de pozos, po zos, plantas de pre procesamiento, estaciones de bombeo, estaciones de medición de caudal, en un mismo sistema 2. En la búsqueda de soluciones El mejoramiento de procedimientos operacionales DESAFIOS:  

Corto plazo •

•

•

  Incremento en volúmenes de producción   Reducción de costo operacional   Reducción de riesgo operacional 8

 

ESCUELA MILITAR DE INGENIERIA

ING. PETROLERA

  •

 

  Logro de márgenes de ganancia

Largo plazo •

•

•

  Mejor el factor de recupero   Controlar eficientemente el capital invertido   Dirigir el impacto al medio ambiente

MEJORANDO LOS PROCESOS OPERACIONALES   NECESIDADES   Decisiones acerca del desarrollo de activos   Decisiones acerca de la producción de activos   Decisiones acerca de la venta de activos   Datos de produccion provenientes de una fuente unica •

•

•

•

 

REQUERIMIENTOS •

•

•

•

 

       

Decisiones dinámicas Operaciones proactivas detectando desviaciones a tiempo Determinar la información necesaria para la toma de decisiones Procesar información certera a tiempo

CAMBIO EN METODOS DE TRABAJO  

Beneficios   Procesos de toma de decisión de bajo riesgo   Velocidad en las decisiones   Posibilidad de implementar la decisión   Eficiente proceso de datos resultante en acción informada   Proveer a gerentes información veraz de producción   Permitir a gerentes determinar el progreso alcanzado   Tranquilidad de tomar decisiones bien fundamentadas •

•

•

•

•

•

•

3. Automatización corporativa  

Como la automatización puede mejorar las operaciones •

  Permite la introducción de métodos de trabajo eficientes 9

 

ESCUELA MILITAR DE INGENIERIA

ING. PETROLERA

  •

  Transforma las operaciones de reactivas a preactivas  

•

•

•

•

Detección y corrección temprana de situaciones anormales   Análisis avanzado de patrones de producción   Priorizar el esfuerzo basado en lucro sobre volúmenes producidos   Permite incrementar la seguridad en las operaciones   Prueba en esfuerzo serio en proteger el medio ambiente    Automatiza la transferencia de datos a los sistemas

corporativos

 

Estandarización del sistema scada •

  INDISPENSABLE PARA LOGRAR:

  Coordinación de tareas de optimización   Coordinación de tareas de mantenimiento

 

  Reducir costo de entrenamiento   Mayor uso de la inversión en automatización   Identificación de prioridades en el manejo de activos   Reducir el costo de soporte técnico   Re-usar aplicaciones y desarrollo especifico



 





 

Priorizar el esfuerzo basado en lucro sobre volúmenes •

•

•

•

•

•

  Incrementar 50 % el tiempo promedio de falla   Reducir 30% el tiempo promedio de reparación   Dejar que el SCADA

calcule el recupero del costo de

mantenimiento   Permitir el cierre de pozos de baja producción y alto costo Es correcto cerrar un pozo que produce volumen pero no ganancia   Bajar el costo anual de parabrisas ,extendiendo la vida útil de camionetas y reduciendo el costo de combustible reparación   Menos manejo también significa menos mantenimiento de caminos

4. Solución para la industria industria de petróleo y gas gas   Un sistema SCADA de avanzada creada para servir operaciones dinámicas de 10

 

ESCUELA MILITAR DE INGENIERIA

ING. PETROLERA

 

petróleo y gas. SCADA vantage habilita a iingenieros ngenieros y operadores a cambiar lla a forma de trabajo

Fig. 5. Esquema de SCADA Vantage 5. Típico sistema scada

Fig. 6 SCADA primera fase

11

 

ESCUELA MILITAR DE INGENIERIA

ING. PETROLERA

 

Fig. 7. SCADA segunda fase

Fig. 8. SCADA fase 3 12

 

ESCUELA MILITAR DE INGENIERIA

ING. PETROLERA

 

6. Arquitectura de SCADA Vantage

Fig. 9. Arquitectura de SCADA

  o  o  o  o  o 

o

Arquitectura cliente /mul 6 servidor Servidores redundsntes y jerarquicos Multiples Polling DVIs Red de comunicación redundantes para dispositivos Multiples protocolos de comunicación Amplio rango de métodos de comunicación

Comunicaciones Comunicacion es de campo flexibles – Selecci  Selección ón del métod método o para la l a utilización de infraestructura existente y minimizar los los co costos stos operativos Rutas redundantes Radios licenciadas Spread Spectrum Líneas alquiladas, Dial-up Modems Satélites, microondas CDPD Celular TCP/UDP   TCP/UDP 7. Protocolos de SCADA Vantage 13

 

ESCUELA MILITAR DE INGENIERIA

ING. PETROLERA

 

Los programadores de SCADA Vantage tienen extensa experiencia en PLC/RTU/POC/VFDs comunes en la industria petrolera y responden rápidamente rápidam ente a los requerimientos de los clientes. Los protocolos incluyen completo acceso a, historia e información de auditoria contenida en RTUs, RT Us, así como como soporte ava avanzado nzado de cry-out, repor reportetepor-excepción, y configuración de remotos que permitan bajarla Fácil utilizació utilización n y configuración Soporta los protocolos de comunicació comunicación n standard del mercado Integra la info informac rmación ión de campo y de niv nivel el corporativo necesaria El resultado Bajo costo de instalación y configuración Bajo costo de operación y mantenimiento SCADA Vantage provee provee redundancia de:   o  o  o  o

Software: monitorea procesos del d el sistema críticos Hardware: monitorea los componentes de los servidores Comunicaciones: monitorea los procesos de comunicación Interrogación: mantiene un ‘heartbeat’ entre servidores actualizados por

replicación. Redundancia del Sistema   Configuración de sservi ervidores dores activo - respa respaldo ldo o  Transferencia de control en 5 segundos

o

  Soporte de centros de control de resguardo a través través de replicación *peer-topeer* servidor dor simple con repl replicació icación n en caso que el servi servidor dor fuen fuente te este o  Soporte de servi caído o

Mantiene Mant iene iintegridad ntegridad en la replicación con: Control de integridad completo o incre incremental mental Control de integridad periódi periódico co o al reconectar  Almacenamiento de datos localmente  Almacena  Almac ena datos en el servidor de origen cuando las comunicaciones son interrumpidas 14

 

ESCUELA MILITAR DE INGENIERIA

ING. PETROLERA

 

Fig. 10. Implementación de replicación 8. Controladores Pump-off

Fig. 11. Controladores Pump off 15

 

ESCUELA MILITAR DE INGENIERIA

ING. PETROLERA

 

El diagrama de carta dinamométrica grafica la fuerza de bombeo contra la posición de la barra. La forma del diagrama identifica problemas operacionales y de diseño, en el proceso artificial de la elevación Rápida los problemas Reduce Reduc efocalización el tiempo deen marcha del motordel pozo Reduce el deterioro del equipamiento en la cabeza del pozo  pozo  Previene pérdidas  pérdidas  Conserva el combustible utilizado para las bombas  bombas  Planificación y extensión de los ciclos de mantenimiento mantenimiento   Verifica los límites de carga y puntos de malfuncionamiento.  malfuncionamiento.  

Fig.12. Cartas de dinamómetro

16

 

ESCUELA MILITAR DE INGENIERIA

ING. PETROLERA

 

Fig. 13. Datos del controlador

CARTAS DE REFERENCIA Selección y guardado de cartas de referencia

Fig. 14. Cartas del programa 17

 

ESCUELA MILITAR DE INGENIERIA

ING. PETROLERA

 

Balance de masa / volumen en líneas de transporte

Fig.15. Comparación de los datos La medición del despacho es comparada con la medición de la recepción y el balance es mostrado en pantalla

9. Sistema de medición en tanques de almacenamiento

18

 

ESCUELA MILITAR DE INGENIERIA

ING. PETROLERA

 

Fig 16. Sistema de medición de tanques

EI niveI de Ios tanques de almacenamiento es convertido en voIumen bruto a través de tabIas y ajuste por BS&W (Basic sediment and water) Luego Ia correción por temperatura temper atura de acuerdo a API 53,54 nos proveerá pr oveerá deI voIumen neto en eI tanque Eficiencia de compresores Esta aplicación provee curvas para la evaluación de la eficiencia de uno o varios compresores en paralelo Se pueden visualizar varias características como caudal actual, máxima capacidad, y máxima capacidad esperada por el compresor Herramienta utilizada por Ingenieros para determinación de conjunto de los datos o cambio de velocidad que pueden optimizar la producción Deteccion de fallas

19

 

ESCUELA MILITAR DE INGENIERIA

ING. PETROLERA

 

Fig. 17. ESP - VFD Optimización remota de la operación de ESPs, mediante el continuo monitoreo de las condiciones de operación Cálculo inferido de los parámetros de operación de VFDs, cuando no están disponibles en el drive Monitoreo de la producción y totalización Contadores de tiempo de marcha y reinicio de motores

Fig. 18. Medición en tiempos 20

 

ESCUELA MILITAR DE INGENIERIA

ING. PETROLERA

 

Fig. 19. medición de la producción

Fig. 20. Ejemplo de optimización para pcp

21

 

ESCUELA MILITAR DE INGENIERIA

ING. PETROLERA

 

Fig. 21. Prueba de pozo estado

Fig.22. Prueba de pozo – parametros

22

 

ESCUELA MILITAR DE INGENIERIA

ING. PETROLERA

 

Fig. 23. Prueba de pozos

10. Alarmas : Proporciona Proporc iona un sistema de notificación para informar al operador de las condiciones del proceso y del sistema. Este sistema permite la visualización, registro e impresión de alarmas de proceso y eventos del sistema. Las alarmas representan avisos de condiciones anormales del proceso, mientras que los eventos evento s representan mensajes normales del estado del sistema. Existen dos sistemas de alarmas: local y distribuida. El sistema local se utiliza para mostrar y reconocer alarmas del dispositivo local conectado al SCADA. El sistema distribuido se utiliza para mostrar y reconocer alarmas de cualquier dispositivo, d ispositivo, cuando el SCADA está conectado a un sistema en Red (mediante un Bus de datos). Las alarmas pueden ser de varios tipos según sus características: caracte rísticas: Discreto (cambio del tag o a la inversa) Desviación (cuando el de tag0 ase1 desvía por encima ó debajo del valor especificado)  Frecuencia de cambio (cuando el tag cambia de valor un numero excesivo exces ivo de veces en un tiempo prefijado) Valor (alto, bajo, muy alto, muy bajo)

23

 

ESCUELA MILITAR DE INGENIERIA

ING. PETROLERA

 

Fig. 24. Tabla de alarmas PERFORACION 1. Perforación automatizada  automatizada  El Sistema Electrónico de Perforación de NOV proporciona el estado de equilibrio de peso y / o la presión diferencial en la broca para producir un pozo de mayor calidad y optimizar la velocidad de penetración (ROP). A medida que el peso sobre la broca (WOB) y / o la presión diferencial disminuye durante la perforación  perforación  Funcionamiento general   En el modo Perforador Automático, el controlador ee-Wildcat Wildcat regula el control 

para mantener los parámetros de perforación seleccionados eno osuperar cerca de sus puntos de consigna. Si un parámetro comienza a acercarse acerca rse su objetivo, ese parámetro asume el control de ganancia lineal de perforación.   En la pantalla, el sistema resalta el parámetro de control con un color diferente, lo que indica claramente qué parámetro está en control. Por ejemplo, si WOB está por debajo de su referencia (limite), la ganancia se incrementa en el tiempo en que ningún otro parámetro (es decir, ROP) haya superado su referencia referen cia limite



La inicialización de e-Wildcat : Establecer los objetivos para WOB, ROP, Torque y Presión diferencial, en los valores deseados para perforar según lo dictado por los parámetros Trepano y las limitaciones de perforación. 24

 

ESCUELA MILITAR DE INGENIERIA

ING. PETROLERA

 

Fig.25. Pantalla de perforación

25