Sistema de Control Avanzado , Segregación de Carga y

Sistema de Control Avanzado , Segregación de Carga
y gestión de plantas de generación de energía
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Sistema de Control Avanzado , Segregación de Carga
Índice de Presentación
I Introducción
II Objetivos del Sistema
III Anatomía de una falla
IV Solución SCOA / SECA
V Descripción breve
VI Ejemplos
VII Beneficios
VIII Gestión de plantas (Fleet
Management)
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Sistema de Control Avanzado y Segregación de Carga
I Introducción
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Hagamos un viaje rápido por el TIEMPO
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Evolución de los sistemas de control
Hidráulico Neumático
1916
1960
Digital
Analogo
1970
1980
Central computers
1990
PC-based
Webbased
2000
2005
Distributed Control
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La primera generación (bulbos, tubos al vacío)
(1940 – 1956)
Las primeras computadoras, empleaban bulbos para los circuitos lógicos y
para almacenamiento de memoria se empleaban bobinas magnéticas. El
tamaño de los cuartos para su ubicación era enorme, así como la cantidad de
consumo energético, el lenguaje maquina era de bajo nivel, estas
computadoras solo podían resolver un problema a la vez.
Figura 1: Univac, Census of Bureau 1951
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La segunda generación, la época del transistor
(1956 – 1963)
El transistor reemplazo a las bulbos, a pesar que este dispositivo se creo a
partir de1947, su difusión fue a partir de 1950, el lenguaje maquina
evoluciono de lenguaje binario simple a lenguaje simbólico o de
ensamblador, la memoria era por medio de tarjetas perforadas y cintas
magnéticas
Figura 2: Transistor de efecto de campo (cortesia Alpha & Omega) (potencia en drones)
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La tercera generación, la época del circuito integrado
(1964 – 1971)
La integración de circuitos es la etapa distintiva de esta generación, los
transistores con semiconductores miniaturizados. Distintivo fue la interacción
ya con teclado, monitor y programas centralizados
Figura 3: Circuito básico de RC (Cortesía Alpha & Omega)
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La cuarta generación, la época del microprocesador
(1971 al presente)
Los microprocesadores dieron inicio a la cuarta generación, miles de circuitos
integrados han sido integrados en un solo chip, lo que antes ocupaba un
cuarto completo ahora cabe en la palma de la mano. Distintivo, portabilidad,
alta capacidad de almacenamiento, alta eficiencia y altas velocidades de
procesamiento y de calculo, la programación comienza a ser orientada a
objetos.
Figura 4: Micontrolador de vuelo (cortesia de DJI)
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La quinta generación, inteligencia artificial
(2015 - ????)
A pesar de los avances, la quinta generación continua en desarrollo, esta se
basa en inteligencia artificial, incluyendo reconocimiento de voz,
superconductores, procesamiento paralelo, computación cuántica y
nanotecnología, el fin de todo ello es que los dispositivos respondan al
lenguaje natural e interactúen con los seres humanos en forma símil.
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Sistema de Control Avanzado y Segregación de Carga
Tecnologías de Control Siemens
1960
1970
1980
1985
1990
SIMATIC N,H, P, S3/ S5 / PLC
1995
2000
2010
2005
2020
2015
1
.
Introduccion Distribuidores
Proyectos Hidroelé
Hidroeléctricos
(Iniciales por tipo de tecnologí
tecnología)
1 CH Aguamilpa SINAUT S5
2 CH Infiernillo
3 CH Bacurato
4 CH El Cajón
5 CH La Yesca
SIMATIC S7 / PLC
4
POWER CC/ SCADA
2
TELEPERM MEA
Introduccion
Integradores
3
SIMATIC PCS7
TELEPERM XP
(SPPA-T2000)
SPPA T3000
Introducción al mercado
CFE Manzanillo II
PEMEX Madero
PEMEX Cadereyta
CFE TG’
TG’s
5
2008 Instalació
Instalación CFE
Tuxpan
PEMEX Salamanca
Producto descontinuado
Incorporació
Incorporación
IEC 61850
Hoy
Producto obsoleto
Periodo de retiro del producto
* Versiones Nuevas necesarias para seguir los cambios tecnológicos (IT) y funcionales
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Sistema de Control Avanzado y Segregación de Carga
Historia, actualidad y constitución
El Sistema de Control Operacional Avanzado (por sus siglas conocido como
SCOA), es un sistema de control instalado en las refinerías de PEMEX.
Este sistema, esta constituido por cuatro partes principales que son:
a)Las tecnologías de sistemas de control distribuido propietarias de
SIEMENS con las familias de control Teleperm ME (90’s), Teleperm XP
(97-2002) (T2000) y SPPA-T3000 (2008…). El sistema actual es el
sistema SPPA-T3000.
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Sistema de Control Avanzado y Segregación de Carga
Historia, actualidad y constitución
b)
Las tecnologías de sistemas de control basados en PLC´s
propietarias de SIEMENS con las familias de control SIMATIC S5 (90´s –
2003), SIMATIC S7 (2003…). El sistema actual, consiste en módulos de
tecnología SIMATIC S7 que se han integrado con la tecnología SPPAT3000.
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Sistema de Control Avanzado y Segregación de Carga
Historia, actualidad y constitución
c)Las estrategias de control
avanzado (SCOA) para plantas
de generación termoeléctrica
convencional con combustible
fósil, basadas en la experiencia
de SIEMENS para los sistemas
de
control
distribuido
propietarias de las familias de
control Teleperm ME, Teleperm
XP y SPPA-T3000. El sistema
actual es el sistema SPPA-T3000.
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Sistema de Control Avanzado y Segregación de Carga
Historia, actualidad y constitución
d)
Las estrategias de control
lógico y analógico para plantas de
generación
termoeléctricas
convencional con combustible
fósil, basadas en la experiencia de
Siemens para los sistemas de
control lógico y analógico con las
familias de control Siemens
SIMATIC S5 y SIMATIC S7.
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Sistema de Control Avanzado y Segregación de Carga
Equipos y sistemas funcionales donde se instalo la tecnología
Las tecnologías de sistemas de control
distribuido Teleperm ME (MEA),
Teleperm TXP y actualmente T3000),
se instalaron para controlar en forma
coordinada los siguientes sistemas:
a) Calderas
b) Turbinas
c) Generadores
d) Sistemas de combustibles
e) Agua de alimentación
f) Estaciones reductoras
g) UDA (solo Minatitlan).
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Sistema de Control Avanzado y Segregación de Carga
Equipos y sistemas funcionales donde se instalo la tecnología
Las tecnologías de sistemas de control con
PLC´s propietarias de Siemens con las
familias de control Siemens SIMATIC S5 y
actualmente SIMATIC S7. Se instalaron y
actualmente se están modernizando para
controlar en forma coordinada los siguientes
sistemas:
a) Plantas de tratamiento de aguas
b) Torres de enfriamiento
c) Monitoreo y (comando de disparo) de
subestaciones eléctricas (en su origen
para balance de consumo y segregación)
d) Limpieza de condensado
e) Pozos
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Sistema de Control Avanzado y Segregación de Carga
Arquitectura a bloques del sistema SPPA-T3000
SPPA-T3000 architecture
Thin
Clients
Built-in
Web
server
(Java / xml)
Three-tier architecture
User
Interface
Data
Presentation Tier
Fault
Tolerant
Server
Processing Tier
Process
Interface
Data Tier
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Sistema de Control Avanzado y Segregación de Carga
El sistema de componentes embebidos, corazón del T3000
Operation
Engineering
All information available
at a glance for easy
plant operation
Integrated engineering for
fast configuration
and modification
Diagnostics
Alarm
Built-in diagnostics without additional equipment
for optimized maintenance
strategies
Troubleshooting at your
fingertips with customized
trip reports, alarm summary
displays and event reports
Archive
Secure lifetime archiving
for plant changes and
asset management
Field
Integrated process interface for field device communication
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El sistema de control distribuido, mas allá del control
del proceso, el puente a los sistemas eléctricos
Distributed Control System
Clientes
ligeros
Sistema Experto
Eléctrico
Bus de aplicaciones
Servidor de
aplicaciones
Bus de automatización
Servidores de
automatización
Red IEC 61850
Control de bahias con conexión directa a SPPAT3000
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Desplegados de
planta con
asistencia al
operador
Aplicación de
diagnosticos – Manejo de
activos
Listas de alarmas con
“Diagnosticos
recomendados”
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Registro de
turnos y de
control de
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tareas
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Sistema de Control Avanzado y Segregación de Carga
II Objetivos del Sistema
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Sistema Avanzado para una Gestión Segura de la Energía
Objetivos Sistema SCOA / SECA
Generar energía que garantice la producción
continua y segura de la Refinería.
Empleo óptimo de combustibles. (Balance de
Consumos)
Reducción de costos operativos para la generación
de vapor y energía eléctrica (balance de consumos).
Alta disponibilidad y estabilidad de la planta de
fuerza y los servicios auxiliares.
Uso de la red eléctrica nacional “CFE” como
respaldo y estabilizador de frecuencia, evitando
pérdidas de producción por fallas en la red.
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III Anatomía de una falla
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Anatomía de una falla
En cualquier instalación de generación de energía o de procesos de
transformación, la detección de un disturbio y la acción para minimizar
los efectos del mismo son prioritarios, es de suma importancia además el
registro, el rastreo y ubicación del mismo, ya que con ello se pueden
encontrar los factores causales del disturbio.
Luego entonces y en seguimiento a la teoría del control, el sistema SCOA
busca máxima la robustez del sistema de las plantas de generación, por
ello, es importante realizar un breve análisis que denominamos la anatomía
de una falla, misma que analizamos a continuación.
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Anatomía de una falla
Esquema tradicional
Déficit de
Energía,
límites de
Operación
Acción de
Operador
y control
para demanda
Condición
normal
Falla de
equipo
Acciones de
control y de
desconexión
manual
Riesgo a la
producción
Protecciones:
Eléctricas,
Mecánicas
Paro de
Refinería
Paro de
plantas
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Anatomía de una falla
La Situación
Riesgo de Paro Total
Falla
Operador saturado
de alarmas
New
Fault
Segregación
New
Fault
Activación Manual de
Reservas
Análisis
no orientado al
proceso
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IV Solución SCOA /
SECA
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Sistema de Control Avanzado y Segregación de Carga
Concepto SCOA / SECA
SUPERVISION Y
EVALUACION
DE ESTADO DE
LA PLANTA
MEDICION DE
GENERACION
ELECTRICA Y
VAPOR
Limitación de Cargas
Auto / Manual
Operación Sincronizada
Disponibilidad
Generación
Actual
MEDICION DE
CONSUMO EN
TIEMPO REAL
Generación vs.
Consumo
(Caldera, TG, Reductoras)
DETECCION DE
PERTURBACIONES
Falla Caldera
Falla TG
Enlace con
CFE
ACCION AL
PROCESO
SECUENCIA DE
DESCONEXION
PROGRAMABLE
Dispositivos
de control
en todas las
áreas
Análisis de
prioridades
Interacción
con el
Operador
Condición de Operación
CAPACIDAD
DISPONIBLE
RESERVA
DISPONIBLE
BALANCE
DE ENERGIA
GRADO DE
SEVERIDAD
REGULAR ANTES
DE SEGREGAR
PRIORIDAD
PRODUCCION
PROCESO
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Sistema Avanzado para una Gestión Segura de la Energía
Concepto SCOA / SECA: Esquema de Control de Fallas
El resultado:
Falla
Proceso en Balance
1. Intervención:
Controles Maestros
4. Intervención:
Segregación orientada
al Proceso
SCOA / SECA
2. Intervención:
3. Intervención:
Análisis orientado al
Proceso
Control de Transferencia
de Carga
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Concepto SCOA / SECA: Sistemas bajo control
SECA
SCOA
Sistema de Control
Operacional Avanzado
Esquemas de Regulación y Control
- Potencia a y de CFE
- Control Maestro de Carga y de Vapor
- Extracciones de TG’s con regulación
- Estaciones Reductoras
- Transferencia de Energía
Sistema de Operación y Monitoreo
Sistema de Bus de Comunicación
Instrumentación de Campo
Sistema Avanzado de
Segregación de Cargas
Eléctricas y de Vapor
Planta de Fuerza
Sub. Eléctricas
Plantas de Proceso,
Sección de reconfiguración
y existentes de la Refinería
Mediciones de Balance
Accionamientos
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Áreas funcionales en las plantas de fuerza
División de áreas funcionales en las plantas de fuerza de las
refinerías en PEMEX, según filosofía SCOA de SIEMENS.
Debido a su compleja estructura, las
centrales térmicas con líneas colectoras
requieren una distribución de sus cadenas
funcionales, diferente de las comunes
descritas para plantas de generación. El
fundamento de las cadenas funcionales lo
constituyen correlaciones de la tecnología
en procesos.
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Sistema de Control Avanzado y Segregación de Carga
V Descripción breve
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Sistema de Control Avanzado y Segregación de Carga
Descripción del sistema SCOA
El Sistema de Control Operacional Avanzado (SCOA), es un sistema de
control distribuido, diseñado para controlar, supervisar y administrar la
generación de energía eléctrica y de vapor en forma estable de las plantas
de fuerza de PEMEX Refinación.
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Descripción del sistema SCOA
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Descripción del sistema SCOA
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Sistema de Control Avanzado y Segregación de Carga
Descripción del sistema SCOA
En un esquema simple, podemos comparar al sistema SCOA como el
malabarista que tiene que realizar equilibrio, manipulando de forma
estable un conjunto de pelotas (las cargas), de aquí que cuantas mas
cargas tiene mas velocidad y equilibrio tendrá que realizar.
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Sistema de Control Avanzado y Segregación de Carga
Descripción sistema SECA / SEVA
El sistema de segregación de carga (SECA), es un sistema dedicado a
la desconexión de consumidores eléctricos; se concibió en etapa
posterior al SCOA como un algoritmo complementario al mismo.
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Sistema de Control Avanzado y Segregación de Carga
Descripción del sistema SECA
El sistema SECA, se
encuentra actualmente
configurado en los
sistema
SIEMENS
Teleperm
XP
y/o
SPPA-T3000.
Pantallas
Gigantes
Apllication Highway
FT SRV
Normalmente en la red
de consumos propios
de la refinería se
mantiene el equilibrio
entre la potencia que
se
genera
y
la
potencia
que
se
necesita.
Envío de
Información
Ext. Unit
Clientes
ligeros
FT SRV
FT SRV
PU
PU
MIG SRV
PU
PU
Automation Highway
Control de T3000T3000
Caldera y
Quemadores
T3000
T3000
M
s
Control T30000T3000
Eq. Aux.
M
XP
Control TELEPERM
TELEPERM XPSECA
Maestro
SEVA
de Carga
y Vapor
M
s
s
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Causas de falla para actuación SCOA / SECA
Desconexión del Enlace con CFE
Cuando se ha estado tomando energía y al mismo
tiempo se consume una cantidad de energía que
sobrepasa la carga límite de los generadores
Falta de Vapor
Causas de Falla
(perdida de equilibrio)
Causada por el fallo de
los generadores de vapor,
línea de quemadores o
por la conexión de más
tanto generadores como
consumidores de vapor
Falta de Energía
Eléctrica
Causada por el fallo de
turbogeneradores ó por la
conexión de más
consumidores eléctricos
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Sistema de Control Avanzado y Segregación de Carga
Descripción del sistema SECA / SEVA
Por medio de un selector
del punto de ajuste, el
operador determina, el
valor actual de recepción
o de entrega de energía.
Los consumidores de la
refinería
se
dividen,
conforme a su importancia
(en
consumidores
desconectables
y
no
desconectables.
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