Sistema de Control Avanzado , Segregación de Carga y gestión de

Siemens SCOA-SECASiemens PG IE S

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Sistema de Control Avanzado , Segregación de Carga y gestión de plantas de generación de energía



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)

Sistema de Control Avanzado , Segregación de Carga Índice de Presentación



I Introducción

Sistema de Control Avanzado y Segregación de Carga



Hagamos un viaje rápido por el TIEMPO



1960 1970 1980 1990 2000

Hidráulico -Neumático

Analogo Digital PC-based Web-based

2005

Evolución de los sistemas de control

1916

Central computers Distributed Control



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



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)



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)



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)



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.



1980 1990 2000 2010 20201985 1995 2005 2015

Introducción al mercado Producto descontinuado

Periodo de retiro del producto

HoyProducto obsoleto

SIMATIC N,H, P, S3/ S5 / PLC

.

SIMATIC S7 / PLC

POWER CC/ SCADA

TELEPERM MEA

SIMATIC PCS7

TELEPERM XP (SPPA-T2000)

SPPA T3000

* Versiones Nuevas necesarias para seguir los cambios tecnológicos (IT) y funcionales

2008 Instalaci2008 Instalacióón CFE n CFE TuxpanTuxpan

PEMEX SalamancaPEMEX SalamancaIncorporaciIncorporacióón n

IEC 61850IEC 61850

PEMEX MaderoPEMEX MaderoPEMEX CadereytaPEMEX Cadereyta CFE TGCFE TG’’ss

CFE Manzanillo IICFE Manzanillo II

Introduccion Introduccion IntegradoresIntegradores

Introduccion DistribuidoresIntroduccion Distribuidores

1

2

3

4

Proyectos HidroelProyectos Hidroel ééctricosctricos(Iniciales por tipo de tecnolog(Iniciales por tipo de tecnolog íía)a)

1 CH Aguamilpa SINAUT S52 CH Infiernillo3 CH Bacurato 4 CH El Cajón5 CH La Yesca

5

19701960


Tecnologías de Control Siemens



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 distribuid o 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.


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, cons iste en m ódulos de tecnología SIMATIC S7 que se han integrado con la t ecnología SPPA-T3000.





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.





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.





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) Calderasb) Turbinasc) Generadoresd) Sistemas de combustiblese) Agua de alimentación f) Estaciones reductorasg) UDA (solo Minatitlan).


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 aguasb) Torres de enfriamientoc) Monitoreo y (comando de disparo) de subestaciones eléctricas (en su origen para balance de consumo y segregación)d) Limpieza de condensadoe) Pozos


Equipos y sistemas funcionales donde se instalo la tecnología






SPPA-T3000 architecture

Thin Clients

Built-inWeb server

(Java / xml)

Data

Presentation Tier

Processing Tier

Data Tier

Three-tier architecture

UserInterface

Fault TolerantServer

ProcessInterface


Arquitectura a bloques del sistema SPPA-T3000



OperationAll information available

at a glance for easy plant operation

DiagnosticsBuilt-in diagnostics with-out additional equipment

for optimized maintenance strategies

ArchiveSecure lifetime archiving

for plant changes and asset management

EngineeringIntegrated engineering for

fast configuration and modification

AlarmTroubleshooting at your

fingertips with customized trip reports, alarm summary displays and event reports

FieldIntegrated process inter-

face for field device com-munication


El sistema de componentes embebidos, corazón del T3000



Servidor de aplicaciones

Clientes ligeros

Distributed Control System

Red IEC 61850

Control de bahias con conexión directa a SPPA-T3000

Bus de aplicaciones

Bus de automatización

Servidores deautomatización

Sistema Experto Eléctrico

El sistema de control distribuido, mas allá del cont rol del proceso, el puente a los sistemas eléctricos



Desplegados de planta con

asistencia al operador

Registro de turnos y de control de

tareas

Aplicación de diagnosticos – Manejo de

activos

Listas de alarmas con “Diagnosticos

recomendados”



II Objetivos del Sistema




Generar energía que garantice la producción continua y segura de la Refinería .

Uso de la red eléctrica nacional “CFE” comorespaldo y estabilizador de frecuencia, evitandopérdidas de producción por fallas en la red.

Alta disponibilidad y estabilidad de la planta defuerza y los servicios auxiliares .

Empleo óptimo de combustibles. (Balance de Consumos)

Reducción de costos operativos para la generaciónde vapor y energía eléctrica (balance de consumos).

Sistema Avanzado para una Gestión Segura de la Energía

Objetivos Sistema SCOA / SECA



III 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 minim izar 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 m áxima la robustez del sistema de las plantas de gen eración , por ello, es importante realizar un breve análisis que denominamos la anatomía de una falla, misma que analizamos a continuación.


Anatomía de una falla





Paro deRefinería

Acción deOperadory control

para demanda

Déficit deEnergía,

límites de Operación

Acciones decontrol y dedesconexión

manual

Protecciones:Eléctricas,Mecánicas

Condiciónnormal

Falla deequipo

Paro deplantas

Riesgo a laproducción

Esquema tradicional





La Situación

Riesgo de Paro Total

Operador saturadode alarmas

Análisisno orientado alproceso

Segregación

NewFault

NewFault

Falla

Activación Manual deReservas



IV Solución SCOA / SECA





Concepto SCOA / SECA

PROCESOPROCESOPROCESOPROCESO

ACCION ALPROCESO

ACCION ALPROCESO

Dispositivosde controlen todas lasáreas

Dispositivosde controlen todas lasáreas

REGULAR ANTESDE SEGREGAR

REGULAR ANTESDE SEGREGAR

MEDICION DECONSUMO ENTIEMPO REAL

MEDICION DECONSUMO ENTIEMPO REAL

Generación vs. ConsumoGeneración vs. Consumo

BALANCEDE ENERGIABALANCE

DE ENERGIA

SECUENCIA DEDESCONEXIONPROGRAMABLE

SECUENCIA DEDESCONEXIONPROGRAMABLE

Análisis deprioridadesInteracción con el Operador

Análisis deprioridadesInteracción con el Operador

PRIORIDADPRODUCCIONPRIORIDAD

PRODUCCION

DETECCION DEPERTURBACIONES

DETECCION DEPERTURBACIONES

Falla CalderaFalla TGEnlace conCFE

Falla CalderaFalla TGEnlace conCFE

GRADO DESEVERIDADGRADO DESEVERIDAD

MEDICION DEGENERACIONELECTRICA Y

VAPOR

MEDICION DEGENERACIONELECTRICA Y

VAPOR

Generación ActualGeneración Actual

RESERVADISPONIBLERESERVA

DISPONIBLE

SUPERVISION YEVALUACION

DE ESTADO DELA PLANTA

SUPERVISION YEVALUACION

DE ESTADO DELA PLANTA

CAPACIDADDISPONIBLECAPACIDADDISPONIBLE

Limitación de CargasAuto / ManualOperación SincronizadaDisponibilidad(Caldera, TG, Reductoras)

Condición de Operación

Limitación de CargasAuto / ManualOperación SincronizadaDisponibilidad(Caldera, TG, Reductoras)

Condición de Operación



Sistema Avanzado para una Gestión Segura de la Energía

Concepto SCOA / SECA: Esquema de Control de Fallas

SCOA / SECA

3. Intervención:Análisis orientado alProceso

4. Intervención:Segregación orientadaal Proceso

El resultado:Proceso en Balance Falla

1. Intervención:Controles Maestros

2. Intervención:Control de Transferenciade Carga



SECASistema Avanzado de

Segregación de Cargas Eléctricas y de Vapor

Planta de FuerzaSub. EléctricasPlantas de Proceso,Sección de reconfiguracióny existentes de la RefineríaMediciones de BalanceAccionamientos

SCOASistema de Control

Operacional AvanzadoEsquemas 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 MonitoreoSistema de Bus de ComunicaciónInstrumentación de Campo


Concepto SCOA / SECA: Sistemas bajo control




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.



V Descripción breve





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.













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.




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.




Descripción del sistema SECA

El sistema SECA, se encuentra actualmente configurado en los sistema SIEMENS Teleperm XP y/o SPPA-T3000.

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.

Ext. Unit Envío deInformación

PantallasGigantes

Clientesligeros

Apllication Highway

Automation Highway

PUFT SRV

PUFT SRV PUFT SRV

T3000T3000

Ms

Ms

T3000T3000 Control

Eq. Aux.Control deCaldera yQuemadores

T30000T3000 Control

Maestrode Carga y Vapor

TELEPERM XPTELEPERM XPSECA

SEVA

Ms

PUMIG SRV




Causas de falla para actuación SCOA / SECA

Causas de Falla(perdida de equilibrio)Falta de Vapor

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 EléctricaCausada por el fallo de turbogeneradores ó por la conexión de más consumidores eléctricos

Desconexión del Enlace con CFECuando se ha estado tomando energía y al mismotiempo se consume una cantidad de energía que

sobrepasa la carga límite de los generadores




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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