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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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