CONTROL Y MONITOREO Integrado de Plantas
EDICIÓN-61 | MAYO 2018
Shun Yoshida Compressor Controls Corporation
Incrementar la confiabilidad de su Turbomaquinaria a través de un monitoreo en línea que sea consistente, destaca la presente nota de la empresa Total Service.
Los sistemas de control para turbomaquinaria (TMC por sus sigla en Ingles), como el control de antisurge y de reparto de carga, así como las plataformas de hardware, han evolucionado para proporcionar una respuesta más rápida de los sistemas de control permitiendo una mayor disponibilidad y estandarización de las aplicaciones.
Las soluciones de control para turbomaquinaria han sido integradas de forma horizontal logrando controlar las funciones más críticas tanto de seguridad como de control - sistema de monitoreo de condición, sistema de detección de sobre velocidad y el sistemas de detección de sobrepresiones (surge)- considerando las mejores prácticas en términos de maximización del rendimiento, reduciendo los riesgos de la operación de los equipos y logrando alcanzar las expectativas del ciclo de vida de los activos.
A medida que los usuarios finales continúan optimizando las operaciones mediante la consolidación de recursos, cada vez es más importante contar con un sistema de control y monitoreo de planta altamente coherente y correctamente integrado.
Sin embargo, debido a las típicas estructuras de ejecución de proyectos que involucran a múltiples contratistas y proveedores, el logro de una integración consistente entre TMC y la interfaz principal del operador, normalmente proporcionada como parte del sistema de control distribuido (DCS), ha sido un reto en algunos proyectos. En muchos casos, los contratistas y los proveedores ejecutan por su parte proyectos altamente segmentados dentro del alcance, comunicándose sólo a través del intercambio de documentos de diseño. 
EVOLUCIÓN DEL CONTROL DE TURBOMAQUINARIA
Los turbocompresores, a menudo tienen varias etapas de compresión con compresores centrífugos, los cuales están accionados por turbinas de gas, turbinas de vapor o motores eléctricos; todos son componentes críticos para una producción continua. En aplicaciones industriales como refinación y petroquímica, la disponibilidad y eficiencia de unidades críticas, como lo es una turbomaquina, afectan directamente la disponibilidad y eficiencia de las respectivas unidades de proceso.
Estas máquinas deben operar de forma segura y confiable bajo condiciones de proceso variadas y dentro de múltiples límites mecánicos tales como Surge y Choke. Por lo tanto, es imprescindible que estas máquinas estén equipadas con soluciones robustas de TMC que no sólo puedan detectar y mitigar eventos de rápida aparición, tales como sobretensiones, sino también proporcionar un control rápido, preciso y estable de las variables del proceso.
Como ejemplo, si un sistema TMC que prioriza la protección de la máquina sobre el control del proceso estable reacciona excesivamente a las perturbaciones del proceso, no sólo representará el riesgo de interrupciones frecuentes de la máquina y del proceso, sino que también aumentará el margen de seguridad, lo cual desoptimizará la operación del compresor por debajo de la eficiencia alcanzable y de rendimiento.
Por otro lado, si un sistema está diseñado sólo para proporcionar variables de proceso estable, la respuesta de control puede ser demasiado lenta para proteger a la máquina, pudiendo resultar en daños mecánicos del compresor que requieren largas paradas para su reparación.
Con el fin de cumplir con el reto de lograr estos complejos objetivos, los sistemas TMC han evolucionado con el avance y estandarización de algoritmos que combinan varias respuestas de control, así como la plataforma de hardware de control optimizada para respuesta de alta velocidad y disponibilidad maximizada. De misma importancia los servicios de ingeniería ofrecidos por un contratista TMC deben contar con un conocimiento técnico extenso, desde la selección de válvulas de instrumentos y control, revisión de tuberías de proceso, secuenciación de la maquinaria, hasta la realización de pruebas de sobrepresión en máquinas reales.
EVOLUCIÓN DE LAS TECNOLOGÍAS DE CONTROL Y MONITOREO DE PLANTAS
A medida que el sistema TMC evolucionó a lo largo del tiempo, los sistemas DCS también evolucionaron – particularmente en la centralización de las capacidades de control y monitoreo - respaldadas por avances en las tecnologías informáticas y de red.
Con el fin de mejorar la seguridad y eficiencia de las operaciones de la planta, que ahora se han convertido en una parte crítica de la infraestructura social, existe una gran demanda por parte de los usuarios finales para mejorar la capacidad de los operadores de toma de decisiones rápidas y precisas en situaciones anormales y afirmar la captura y el intercambio de conocimientos operativos. De manera correspondiente, la consolidación de las pantallas HMI del operador, el desarrollo de soluciones de control remoto y monitoreo y la mitigación de los riesgos asociados a la seguridad cibernética se han vuelto fundamentales en el diseño del ambiente de operación de la planta.
APOYO A LA DECISIÓN DEL OPERADOR EN SITUACIONES ANORMALES
Otra revolución a sido la integración de datos de DCS con sistemas empresariales, tales como planificación de recursos empresariales (ERP) y sistemas de ejecución de fabricación (MES) para ajustar dinámicamente la operación de la planta de acuerdo a los recursos disponibles y las condiciones del mercado. Gracias a la integración vertical de sistemas de control con sistemas de gestión de producción, gran parte de las operaciones de la planta en condiciones normales de proceso están ahora automatizadas, lo que permite a los usuarios finales administrar la planta con un número menor de operadores.
En las condiciones de funcionamientos anormales o poco frecuentes, incluidos los inicios y paradas de las plantas, y operaciones de recuperación de incidentes o mal funcionamiento del equipo, las decisiones de los operadores experimentados siguen siendo instrumentales para mantener la planta funcionando con seguridad debido a la falta de automatización en tales condiciones. Refinadas, puede simplificar el proceso de integración al DCS desde el punto de vista físico tanto como de software.
La estandarización en la interfaz física incluye el protocolo de red y la arquitectura utilizados para comunicar los datos entre los dos sistemas, lo que no sólo simplificará el proceso de ingeniería para los contratistas en la planificación de la infraestructura de red necesaria y cableado, sino que también reduciría significativamente el tiempo para establecer la comunicación entre el TMC y el DCS durante la prueba de aceptación de la fábrica de integración (IFAT), lo que resultará en un ahorro de costos adicionales.
La estandarización en el software o el diseño HMI permite a los contratistas de automatización, estimar adecuadamente el número de entradas de I / O, el ancho de banda de red requerida y las especificaciones del sistema así como el diseños de interfaz del operador. También permite una revisión temprana del diseño del HMI con operadores de usuarios finales, logrando una mayor satisfacción del cliente.
Cuando se desarrollan diseños estándar para la interfaz de aplicación TMC, se debe tener cuidado de que los módulos de visualización sigan los mismos estándares de HMI al igual que el resto de la HMI del DCS. Esto incluye el diseño de la placa frontal, la integración de alarmas y de tendencias de procesos. La integración de alarmas racionalizadas, los datos de diagnóstico de instrumentos y equipos y los parámetros de configuración de lazo críticos son fundamentales para crear una interfaz de operador de alto rendimiento.
El fenómeno conocido como el “Gran Cambio de Tripulación” plantea un desafío. Según el American Petroleum Institute (API), casi la mitad de la fuerza de trabajo de petróleo y gas actual proyecta retirarse en los próximos 5 a 7 años. Esto puede crear una gran brecha en la planilla de la planta, incluyendo la retirada de los operadores calificados que han sido entrenados a manejar situaciones de operación anormal a través de la experiencia de la vida real. A fin de tener en cuenta esta brecha potencial de capacidades, es importante que los futuros operadores tengan acceso a un sistema de apoyo a la decisión que contenga alarmas optimizadas, información de diagnóstico detallada procedente de instrumentos y equipos de campo, registros sincronizados en tiempo de eventos en curso al igual que SOP (Standard Operating Procedures) – procedimientos de operación estándar que describen las causalidades y las acciones recomendadas. Además, para proteger los sistemas de control de la planta de intentos maliciosos, el hardware del sistema de control y las HMI se colocan a menudo en un ambiente físicamente segregado bajo un estricto control de área. Por lo tanto, la demanda de una integración de sistemas más estrecha entre subsistemas tales como TMC y DCS para realizar el acceso del operador remoto a la información detallada del subsistema debería fortalecerse.
VÍAS PARA UNA EXPERIENCIA VERDADERAMENTE INTEGRADA
Con el fin de proporcionar una verdadera integración entre TMC y DCS sin incrementar la cantidad de esfuerzo de ingeniería y los costos asociados, se requiere un enfoque estratégico y técnico para racionalizar el trabajo de ejecución del proyecto.
Específicamente, CCC cree que al aprovechar sus aplicaciones de control y hardware que fueron meticulosamente estandarizadas, hoy en día proporciona una solución de control de turbo maquinaria integrada horizontalmente que combina un sistema de control con un sistema de control de condiciones, un sistema de detección de sobre velocidad y un sistema de detección de sobrepresiones. Este paquete de solución denominado Total Train Control® logra una alta eficiencia de ingeniería, fiabilidad operacional y facilidad de soporte al abarcar completamente la práctica modular de ingeniería.
CCC continuará trabajando en estrecha colaboración con las compañías de DCS para permitir la integración perfecta del paquete Total Train Control® dirigida a minimizar los riesgos del proyecto, alcanzando que la interfaz del operador sea más funcional y eficaz.
