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CONGRESO URUMAN 2013
CONGRESO URUMAN 2013
Mantenimiento eficiente en la Industria
PCS7 Sistema de Control de Procesos
CONGRESO URUMAN 2013
Estrategias de mantenimiento
CONGRESO URUMAN 2013
Las perspectivas: Información - Datos - Control
Nivel Ingeniería y Control
Nivel - HMI
Nivel - MES
Nivel - Campo
Información comprensión
y
transferencia
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Los problemas de las interfaces
1 2
13
5 4
6 7
8
ControladorHerramienta de Diagnóstico
Estación de OperaciónEstación de Diagnóstico
Estación de Mantenimiento
GatewayE/S remotasDispositivos de campo1
2
3
4
5
6
7
8
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La gestión de Mantenimiento se integra en el DCS
Nivel - Control
Nivel - Gestión(Nivel - MES)
Nivel - Planificación de recursos de la Empresa(Nivel - ERP)
Automatización
Nivel –Campo
Un proyecto
para
Control de Proceso
y
Mantenimiento
Mantenimiento
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Separación Información de proceso y Mantenimiento
Eventos de Proceso Eventos de Diagnóstico
Operacióncontrol
& Monitoreo
Diagnóstico & Demanda de Mantenimiento
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Requerimientos NAMUR
NAMUR - es una asociación internacional de usuarios de tecnología de automatización en la industria de proceso.
NE 91
Requerimientos para la Gestión de Mantenimiento Online – Asset Management Integrado.
NE 107 o VDI/VDE/NAMUR/WIB 2650
Requerimientos para el Monitoreo y Diagnóstico de los dispositivos de campo.
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Requerimientos NAMUR
NE 91 ”Asset Management Integrado“
La gestión de activos es parte del DCS
Separación de la información de Mantenimiento de la de Proceso
Libre selección de los dispositivos de campo (todos los proveedores)
Visualización homogénea para todos los activos
Control de acceso
Sin/poco esfuerzo adicional de ingeniería
Simple evaluación del estado de los activos
Almacenamiento y documentación de acontecimientos concernientes a los activos
Apoyo de decisión a personal de mantenimiento
Interfaz a sistemas de supervisión
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Requerimientos NAMUR
NE 107 “Monitoreo y Diagnóstico de los dispositivos de campo”
Correcto (no se conocen limitaciones funcionales)
Inseguro (funcionamiento fuera del rango especificado)
Fallo del equipo (es necesario un mantenimiento)
Requerimiento de Mantenimiento (control de funciones)
Fuera de especificación
Chequeo Funcional
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Qué es la gestión de activos de la Planta?
Es un sistema para mantenimiento de plantas de producción que utiliza la información de condición de todos los activos de la planta:
Equipos de producción de planta con sus componentes como ser maquinas, tuberías con su correspondiente equipamiento y dispositivos para la automatización como controladores, periferia de proceso, buses, componentes de red, PCs, etc.
Un sistema para automatización de planta y mantenimiento
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Plant Asset Management System (PAMS) en PCS 7
Plant Asset Management System en SIMATIC PCS 7 provee funciones online en tiempo real
Monitoreo de los componentes
Mensajes ante un cambio de estado
Visualización de la información de diagnóstico
Generación de la demanda de mantenimiento
Seguimiento de las actividades de mantenimiento
Principales beneficios de la implementación
Integración homogénea en el Sistema de Control de Procesos
Estación de Mantenimiento integrada en la Estación de Operación o como una Estación dedicada
Visualización homogénea (símbolos, pantallas) de todos los activos
Generación automática de las pantallas de diagnóstico de mantenimiento
Implementación acorde a las recomendaciones NAMUR
Dispositivos
Automatización Componentes,DCS, Redes, …
Componentes de Planta
Proceso
Alto
Alto
Ben
efic
ios
al C
lient
e
Esfuerzo y ComplejidadBajo
Plant Asset Management
Performance Monitor.
Funcionalidad integrada de Gestión de Activos para incrementar la disponibilidad del sistema de control de procesos de la planta
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Cual es el objetivo?
1. La petición de mantenimiento será generada por el Sistema de Control de Procesos(Pedido de mantenimiento integrado) 2. Mantenimiento preventivo, reparación guiada por el Sistema de Control de Procesos (Supervisión activa del dispositivo)3. Diseñado basado en los requerimientos NAMUR NE 91 y NE 107
Estación de
Mantenimiento
1. Detección de errores
2. Diagnóstico
3. Demanda de mantenimiento
4. Mantenimiento, reparación,servicio
Enfermedad
Conclusiones
Prescripción
Curación
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Libre elección de equipos de proceso (Todos los proveedores)
Depende de la “inteligencia” del dispositivo como trabajará la integración dentro del Sistema de Gestión de Activos (Management System)
El fabricante del dispositivo determina la cantidad de información de su dispositivo
Solo el fabricante conoce las capacidades de gestión de activos de su dispositivo
Acorde con los estándares internacionales
conventional, e
.g. 4 –
20mA
Profile, e. g. RIO
HART
Profile, e.g. DP/PA + EDD
PB - Slave
MS
PB – PROFIBUSEDD – Electronic Device DescriptionMS – Maintenance StationRIO – Remote I/OPA – Process Automation
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Visualización homogénea para todos los activos
OK
Simulación
Operación localMantenimiento en progreso
Mantenimiento solicitado
(medio)
Mantenimiento necesario (bajo)
Alarma de Mantenimiento (alto)
Pedido de Mantenimiento no
atendidoPedido de Mantenimiento
solicitado
Representación estándar para los estados en el Sistema de Control de Procesos
Aplicable a todos los componentes definidos en PCS7 + los activos “no inteligentes”
+
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La Estación de Mantenimiento
ET200M HF
ET200S
ET200iSPSIMOCODE
PROFIBUS PA
PRO
FIB
US
DP
PRO
FIB
US
DP
AS 41x AS 41x HF
OS + MS Server RC / BATCH Server CAS
Estación de Ingeniería
Estación de Mantenimiento
Estación ClienteServidor WEB (OPEN PCS 7)
SIMATIC IT
Industrial Ethernet
Office LAN (Ethernet)
Cliente WEB
OS LAN (Ethernet)
ET200iSP
ET200M HF
ET200M HF (Standard & F-Modules)
PROFIBUS PA
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Acceso centralizado a todos los Activos de la planta
Cada componente de planta es accedido desde la estación de mantenimiento
Ethernet / Fast Ethernet
PROFIBUS-DP
PROFIBUS-PA
AS 1 AS 2 AS n
MS
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Niveles Jerárquicos de Monitoreo
Nivel Ethernet
Nivel Controlador
Nivel PC
Area Usuario
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Estructura Jerárquica
Operación rápida y simple a través de la Jerarquía completa a través de símbolos unificados
Símbolo de diagnóstico del componente
Estructura jerárquica clara Vista de Planta Vista de todos los controladores Controlador (con sub - jerarquías) Activos PROFIBUS Estación DP (ej. ET 200M) Dispositivos de campo inteligentes
SIMATIC S7-400 y red PROFIBUS
status and selection of underlaying hierarchy
Estación ET 200M
Pantallas para dispositivos inteligentes
Activos PROFIBUS
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Vista unificada de la información : Identificación
Vista uniforme para todos los activos conforme a su capacidad de información
Estado de la peticiónEstado del Mantenimiento
Diagnóstico / Estado
Datos acíclicos
Información cíclica de la aplicación
Llamada directa a la configuración de HW
Llamada directa a Simatic PDM
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Vista unificada de la información : Eventos / Alarmas
Contiene todo:
Diagnósticos y mensajes de error
Acciones del Operador
Demandas de mantenimiento
Diagnóstico / Estado
Estado de la petición
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Vista unificada de la información : Diagnóstico
Descripción de fabrica del diagnóstico vía EDD SIMATIC PDM interprete de la información de diagnostico Posibilidad de diferentes lenguajes dependiendo del fabricante del activo
Diagnóstico / estado
Estado del Mantenimiento
Estado de la petición
Diagnóstico detallado
Estado
Descripción
Reparar
Comunicación
Estados
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Vista unificada de la información : Acceso a parámetros
Vista de los parámetros del dispositivo de campo
Para dispositivos de campo inteligentes
Información generada por SIMATIC PDM
Diagnóstico / Estado
Estado del Mantenimiento
Estado de la petición
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Soporte al personal en las decisiones de mantenimiento
El sistema realiza una sugerencia (petición) El personal de mantenimiento confirma o modifica lo sugerido
Diagnóstico / Estado
Estado del Mantenimiento
Estado de la petición
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Vista unificada de la información : Audit Trail con PDM
Trazabilidad para auditoría
Funcionamiento del sistema de SIMATIC PDM
Visualización en formularios HTLM
Diagnóstico / estado
Estado de la petición Iniciar Simatic PDMIniciar HW – Conf.
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Reportes
Toda la información importante concentrada
La misma estructura para todos los activos
Activo– Estado
Identidad
Mantenimiento - Estado
Diagnóstico detallado
Mensajes actuales
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Ejemplos de mantenimiento
Monitoreo de condición de componentes “inteligentes”
• Vigilancia y diagnóstico de PC industriales: funciones de diagnóstico y señalización para temperatura, contador de horas de funcionamiento, registro y evaluación de datos operativos, avisos.
• Vigilancia y diagnóstico de redes: componentes de red Ethernet, gestión de la red Ethernet, diagnostico online repetidores Profibus, diagnóstico online de la red Profibus.
• Vigilancia y diagnóstico de instrumentación de procesos: medición de presión, caudal y nivel. Función de contador de horas de funcionamiento, contador de eventos de rebase, temperatura del sensor y temperatura electrónica, alcance limites y generación de alarmas, simulación.
• Vigilancia y diagnóstico de módulos de entradas / salidas del sistema de control
Monitoreo de condición de componentes “no-inteligentes”
• Componentes mecánicos que no disponen de autodiagnóstico (bombas, intercambiadores de calor, válvulas compresores, etc.)
• Diagnóstico a través de la combinación inteligente e interpretación de los valores medidos que están (por sobre todo) ya disponibles en el DCS sin costos adicionales de hardware!
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Monitoreo inteligente de los Componentes Mecánicos de Planta
Idea:• Diagnóstico a través de la combinación inteligente e interpretación de los valores medidos los
cuales en su mayoría ya se encuentran en el DCS
Ventajas:• Bajo costo• Detección de desgastes en aumento• Detección de mal operaciones, estados operativos no saludables y pérdida de energía
Beneficios:• Bajo umbral de inversión• Detección del desgaste acumulado -> Base del mantenimiento predictivo -> Reducción de
costos de servicio• Prevención de desgaste innecesario y derroche de energía -> Base para reducir costos de
reparación / costos de energía
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Metodología de la gestión de activos
Análisis del sistema
bajo estudio
Selección adecuada
de parámetrosAdquisición de datos
Análisis e interpretación de datos
Evaluación del estado del equipoGeneración de avisos
Y toma de decisiones
Órdenes de trabajo y
retroalimentación
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Mantenimiento de componentes mecánicos Bombas Centrifugas
Funcionalidad:
• Avisar daños en la bomba debido a bloqueo, marcha en vacío, extracción acompañada de gas, cavitación, sobrecarga o sentido de marcha incorrecta.
• Detectar a tiempo próximos daños en la bomba como desgaste o reducciónde su rendimiento.
• A largo plazo, para dimensionar la bomba mediante análisis estadístico de losdatos de servicio.
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Mantenimiento de componentes mecánicos Bombas Centrifugas
Desvíos de la curva características:
Desvíos a corto plazo mal funcionamiento / estados de funcionamiento “no saludables”
Funcionamiento en vacío, alto contenido de gas, bloqueos, cavitación
Desvíos a largo plazo deterioro gradual en el rendimiento desgaste
Creación de histogramas estadísticos de los estados de operación:
Detección de dimensionamiento incorrecto de equipos
Detección de pérdida de energía
Estadísticas de estados de operación “no saludables”
Perspectivas:
Integración del factor de estrés a lo largo del tiempo
Predicción del tiempo de vida útil remanente
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Mantenimiento de componentes mecánicos Bombas Centrifugas
Valores medidos relevantes:
Caudal del fluido (4)
Presión de entrada, presión de succión (2)
Presión de salida, presión de descarga (3)
Potencia eléctrica activa (1)
Estado binario del motor (1)
Temperatura del fluido (para cavitación) (5)
Velocidad del motor (caso motores con variadores de velocidad (1)
Diagrama P&ID:
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Mantenimiento de componentes mecánicos Bombas Centrifugas
Valores a Parametrizar:
• Potencia nominal y Eficiencia del motor
• Velocidad nominal para bombas de velocidad variable
• Caudal mínimo y nominal de la Bomba
• Densidad del medio
• Curva característica “Delivery height”, requerimiento de potencia de la bomba y eficiencia de la bomba (estos valores pueden ser aprendidos por el sistema)
• Para cavitación: Curva característica de NPSHr y coeficiente de presion de vapor
• Limites de alarmas
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Mantenimiento de componentes mecánicos Bombas Centrifugas
Valores Calculados:
• Delivery Height
• Potencia Mecánica
• Potencia Hidráulica
• Eficiencia de la Bomba
• Valor NPSH actual
• Desvíos de la curva característica
• Histogramas con distribución estadística de caudal y NPSH
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Mantenimiento de componentes mecánicos Bombas Centrifugas
La Potencia Hidráulica es calculada a partir de la presión diferencial y el caudal
La Potencia mecánica es calculada a partir del modelo del motor / eficiencia y Potencia promedio eléctrica.
Cálculo de la Potencia:
Potencia eléctrica
Potencia mecánica
Potencia hidráulica
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Mantenimiento de componentes mecánicos Bombas Centrifugas
La altura es calculada a partir de los valores medidos de presión diferencial y la densidad del medio en la bomba
Cálculo de la altura:
Punto de operación
Caudal mínimo Caudal nominal
Característica altura
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Mantenimiento de componentes mecánicos Bombas Centrifugas
La eficiencia es calculada como una relación entre la potencia hidráulica y la potencia mecánica
Cálculo de la eficiencia ETA:
Característica potencia mecánica
Característica de eficiencia de la bomba
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Mantenimiento de componentes mecánicos Bombas Centrifugas
NPSH significa Net Positive Suction Head ANPA: altura neta positiva en la aspiración). Además del caudal y la presión (altura), el valor NPSH es una de las características mas importantes de la bomba. Lo siguiente debe asegurarse para mantener la operación de la bomba libre de fallas:
NPSH (planta) > NPSH (bomba)
en otro caso ocurrirá cavitación.
El valor actual NPSH es calculado a partir de la presión de entrada y la presión de vapor (la cual puede ser calculada por la ecuación de Antoine).
Para algunas sustancias estos parámetros deben ser modificados fuera del bloque.
Cálculo del valor NPSH:
Valor actualNPSH
rango de cavitación
Rango de advertencia
Caracterísitca NPSH
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Mantenimiento de componentes mecánicos Bombas Centrifugas
La potencia eléctrica cambia (no-lineal) con la carga del motor, lo que significa con el caudal.
Con marcha en vacío, la válvula en la succión está cerrada , el caudal del fluido es cero y el valor de la potencia eléctrica desciende a un valor mínimo.
Con bloqueo, la válvula a la salida de la bomba está cerrada, el caudal del fluido también es cero y el valor de la potencia eléctrica cae por debajo del valor mínimo configurado para bloqueo.
El valor para bloqueo es algo mayor que para funcionamiento en vacío, ya que hay líquido en la bomba que se distribuye por la misma.
Detección de bloqueos y marcha en vacío:
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Mantenimiento de componentes mecánicos Intercambiador de Calor
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Mantenimiento de componentes mecánicos Intercambiador de Calor
Monitoreo de:
• Temperatura de producto a la entrada
• Temperatura de producto a la salida
• Caudal de producto
• Temperatura de servicio a la entrada
• Temperatura de servicio a la salida
Caudal de servicio
Cálculos y resultados:
• Complejo modelo dinámico del intercambiador de calor cálculos off-line del flujo de calor esperado para diferentes estados de
operación, para estado limpio y sucio
• Almacenamiento de los valores calculados en bloques de función del PLC
• Comparación On-line con el flujo de calor medido calculo y visualización del grado de ensuciamiento actual así como las pérdidas de energía al día
• Tendencias a largo plazo disminución gradual de la reserva predicción del tiempo remanente del próximo requerimiento de limpieza
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Mantenimiento de componentes mecánicos Intercambiador de Calor
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Mantenimiento de componentes mecánicos Intercambiador de Calor
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Mantenimiento de componentes mecánicos Intercambiador de Calor
Flujo de calor actual
Flujo de calor para estado sucio
Flujo de calor para estado
limpio
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Mantenimiento de componentes mecánicos Válvulas
Valores medidos relevantes:
Caudal del medio (1)
Presión de admisión (a la entrada de la válvula) (2)
Presión a la salida de la válvula(3)
Setpoint de posición de la válvula (1)
Posición actual de la válvula (realimentación) (1)
Presión del suministro de aire comprimido (1)
Diagrama P&ID:
ReglerFICPI
VlvMon
PI
(1)(2) (3)
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Mantenimiento de componentes mecánicos Válvulas
Monitoreo de: Posición de la válvula (Set point; realimentación opcional) Caudal del producto(opcional) Presión a la entrada y la salida de la válvula (opcional) Presión de aire (opcional)
Diagnóstico con posicionador: Tiempo desde puesta en funcionamiento y tiempo desde el último mantenimiento Tiempo sin movimiento ( peligro de los sellos) Tiempo de movimiento continuo ( parámetros de operación no saludables) Numero de movimientos completos ( desgaste) Numero cambios de dirección ( desgaste)
Diagnóstico adicional con realimentación de posición: Movimiento externo ( condiciones de operación no saludables) Sobrepaso de la posición extrema superior / inferior ( desgaste) Desvío set point / valor actual no corregido ( falla posicionador) Tiempo de reacción de la válvula (para una entrada) ( falla sellos o posicionador) Tiempo muerto ( falla sellos o posicionador)
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Mantenimiento de componentes mecánicos Válvulas
Diagnóstico adicional con medición de presión y caudal: Desvío del punto de operación de la curva característica (similar a PumpMon)
( cavitación o desgaste o falla del posicionador incl. baja presión de aire) Muestreo automático de la curva característica actual, reemplazo como la nueva curva esperada ( no requiere parametrización y ni carga manual)
Diagnóstico adicional con medición del aire de suministro: Diferenciación entre falla del posicionador y falla por baja presión de aire
Creación de histogramas estadísticos de estados de operación: Histograma de posiciones detección de dimensionamiento incorrecto de válvulas Histograma de “movimientos parciales” detección de condiciones de operación inestables
Perspectiva:Integración del factor de estrés a través del tiempo Predicción del tiempo de vida útil remanente
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Mantenimiento de componentes mecánicos Válvulas
La curva característica para monitoreo de caudal puede configurarse de dos modos:
• Automáticamente por aprendizaje de los parámetros
• Manualmente ingresando los parámetros
Para diagnosticar daños en el interior de la válvula, la curva característica es comparada con el punto de operación actual y se registra automáticamente la curva característica actual. Desvíos de la curva característica pueden ser explicado como un cambio en la sección transversal de la válvula.
Caudal:
Punto de operación
actual
Característica setpoint(creada
automáticamente después del
arranque)
Característica actual
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Mantenimiento de componentes mecánicos Válvulas
La curva característica para monitoreo de reacción puede también configurarse de dos modos:
• Automáticamente por aprendizaje de los parámetros
• Manualmente ingresando los parámetros
El punto de operación visualiza la última detección paso de setpoint positivo Este permanece inalterable hasta que se detecte un nuevo paso.
Si la distancia del punto de operación actual excede la curva característica de la tolerancia predeterminada, el color del punto de operación cambia de verde a rojo, y se habilita el parámetro de salida correspondiente
Además de la curva característica se muestra la curva característica registrada actual (líneas verdes cortadas)
Tiempo de Reacción:
Punto de operación
actualCaracterística
Setpoint(creada
automáticamen te después del
arranque)
Característic a actual
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Mantenimiento de componentes mecánicos Válvulas
Máximo permitidoValores actuales
Maint. interval
Next maint. Last maint.
Inst. date weeksMaintenance
Operation data
No. of full strokes
No. of dir. changes Max. dir. changes
Max. full strokes
Operation times
Time w/o movement
Time w/o rest Max. w/o rest
Max. w/o move
active
h
h
h
h
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Mantenimiento de componentes mecánicos Válvulas
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Conozca mas de la solución “Estación de Mantenimiento”
http://www.automation.siemens.com/mcms/process-control-systems
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Sistema de Control de Procesos
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Gracias por su atención!
Silvina Imbrogno
silvina.imbrogno@siemens.com
AM Control de Procesos
División Industria
Siemens S.A