Scada Grupo 4

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ESCUELA MILITAR DE INGENIERIA ING. PETROLERA

Resumen Ejecutivo

El nombre de SCADA corresponde a la abreviatura de “Supervisory Control

And Data Adquisition”, es decir: adquisición de datos y supervisión de control.

Un SCADA es un software de aplicación especialmente diseñado para funcionar

sobre ordenadores de producción, proporcionando comunicación con los

dispositivos de campo y controlando el proceso de forma automática desde la

pantalla del ordenador. Además, provee de toda la información que se genera en

el proceso productivo a diversos usuarios: control de calidad, supervisión,

mantenimiento

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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 control, 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 de datos en procesos de 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

el proceso en forma automática desde la pantalla del ordenador, que es configurada

por el usuario y puede ser modificada con facilidad.

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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 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.

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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 datos ,.Interfaz 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.

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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.

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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.

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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

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APLICACIÓN PRÁCTICA

PRODUCCION

1. Beneficios del scada 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,

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

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• 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

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• 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 de petróleo y gas

Un sistema SCADA de avanzada creada para servir operaciones dinámicas de

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petróleo y gas. SCADA vantage habilita a ingenieros y operadores a cambiar la

forma de trabajo

Fig. 5. Esquema de SCADA Vantage

5. Típico sistema scada

Fig. 6 SCADA primera fase

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Fig. 7. SCADA segunda fase

Fig. 8. SCADA fase 3

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6. Arquitectura de SCADA Vantage

Fig. 9. Arquitectura de SCADA

o Arquitectura cliente /mul 6 servidor

o Servidores redundsntes y jerarquicos

o Multiples Polling DVIs

o Red de comunicación redundantes para dispositivos

o Multiples protocolos de comunicación

o Amplio rango de métodos de comunicación

Comunicaciones de campo flexibles – Selección del método para la utilización

de infraestructura existente y minimizar los costos operativos

Rutas redundantes Radios licenciadas Spread Spectrum Líneas alquiladas, Dial-up Modems Satélites, microondas CDPD Celular TCP/UDP

7. Protocolos de SCADA Vantage

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Los programadores de SCADA Vantage tienen extensa experiencia en

PLC/RTU/POC/VFDs comunes en la industria petrolera y responden

rápidamente a los requerimientos de los clientes.

Los protocolos incluyen completo acceso a, historia e información de

auditoria contenida en RTUs, así como soporte avanzado de cry-out, reporte-

por-excepción, y configuración de remotos que permitan bajarla

Fácil utilización y configuración Soporta los protocolos de comunicación

standard del mercado Integra la información de campo y de nivel corporativo

necesaria

El resultado

Bajo costo de instalación y configuración

Bajo costo de operación y mantenimiento

SCADA Vantage provee redundancia de:

o Software: monitorea procesos del sistema críticos

o Hardware: monitorea los componentes de los servidores

o Comunicaciones: monitorea los procesos de comunicación

o Interrogación: mantiene un ‘heartbeat’ entre servidores actualizados por

replicación.

Redundancia del Sistema

o Configuración de servidores activo - respaldo

o Transferencia de control en 5 segundos

o Soporte de centros de control de resguardo a través de replicación *peer-to-

peer*

o Soporte de servidor simple con replicación en caso que el servidor fuente este

caído

Mantiene integridad en la replicación con:

Control de integridad completo o incremental

Control de integridad periódico o al reconectar

Almacenamiento de datos localmente

Almacena datos en el servidor de origen cuando las comunicaciones son

interrumpidas

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Fig. 10. Implementación de replicación

8. Controladores Pump-off

Fig. 11. Controladores Pump off

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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 focalización en los problemas del pozo

Reduce el tiempo de marcha del motor

Reduce el deterioro del equipamiento en la cabeza del pozo

Previene pérdidas

Conserva el combustible utilizado para las bombas

Planificación y extensión de los ciclos de mantenimiento

Verifica los límites de carga y puntos de malfuncionamiento.

Fig.12. Cartas de dinamómetro

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Fig. 13. Datos del controlador

CARTAS DE REFERENCIA

Selección y guardado de cartas de referencia

Fig. 14. Cartas del programa

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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

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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 de acuerdo a API 53,54 nos proveerá 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

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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

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Fig. 19. medición de la producción

Fig. 20. Ejemplo de optimización para pcp

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Fig. 21. Prueba de pozo estado

Fig.22. Prueba de pozo – parametros

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Fig. 23. Prueba de pozos

10. Alarmas :

Proporciona 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 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, 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:

Discreto (cambio del tag de 0 a 1 o a la inversa)

Desviación (cuando el tag se desvía por encima ó debajo del valor

especificado)

Frecuencia de cambio (cuando el tag cambia de valor un numero excesivo

de veces en un tiempo prefijado)

Valor (alto, bajo, muy alto, muy bajo)

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Fig. 24. Tabla de alarmas

PERFORACION

1. Perforación 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

Funcionamiento general

En el modo Perforador Automático, el controlador e-Wildcat regula el control

para mantener los parámetros de perforación seleccionados en o cerca de

sus puntos de consigna. Si un parámetro comienza a acercarse o superar 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 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.

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Fig.25. Pantalla de perforación

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