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In: Business and Management

Submitted By javalexx
Words 21614
Pages 87
INTRODUCCION
El presente trabajo titulado “Diseño de un sistema de Control Supervisorio y Adquisición de Datos (SCADA) para el monitoreo remoto de los Sistema de Energía Ininterrumpida (UPS) perteneciente al sistema eléctrico de una refinería en el país”, esta enfocado al desarrollo de la capacidad inventiva en la solución de problemas que se puedan presentar en situaciones reales en la industria, aplicando los conocimientos y experiencias adquiridas a lo largo de la carrera de Ingeniería Electrica, con un primordial enfoque al aprendizaje y desarrollo de nuevas tecnologías, como la incorporación de nuevos sistemas de control supervisorio y adquisición de datos (SCADA), utilizados actualmente en el parque industrial; de esta forma se logra mantener una constante tendencia tecnológica a lo reciente en los conocimientos adquiridos en nuestra carrera en el área de Automatización Industrial y Control de Procesos, lo cual, como en el caso del presente proyecto en particular, permitirá encontrar solución a diversas problemáticas planteadas en el campo de la electricidad, específicamente en el monitoreo y supervisión de los Sistemas de Energía Ininterrumpida (UPS) y el nivel de importancia que representan estos equipos para la continuidad del proceso productivo de la empresa.

En la actualidad la automatización de procesos en las diferentes actividades de la vida del hombre, se ha convertido en una necesidad. Existen procesos que por su complejidad o condición de seguridad, no pueden ser controlado de forma manual y en el caso planteado en el presente proyecto representa una innovación en la Refinería El Palito, por la incorporación de un sistema automatizado que tendrá la función de monitorear el funcionamiento – fallas o anomalías en los UPS instalados en la Planta; además de proporcionar importantes beneficios a la industria en el área de electricidad y alimentación a los equipos críticos (PLC, Consolas, Estaciones Maestras, Sistemas de telemedición, etc.) como: Incremento en la confiabilidad de los equipos UPS y aumento en la velocidad de respuesta en caso de presentarse fallas en los UPS.

El presente proyecto fue desarrollado en 5 capítulos y el mismo se encuentra distribuido de la siguiente forma:  Capitulo I: El cual contiene lo referente al problema planteado, justificación, objetivos y alcance del proyecto.  Capitulo II: El cual contiene lo referente al marco teórico del proyecto.  Capitulo III: El cual contiene el marco metodológico con la selección del SCADA, hardware requerido, arquitectura y el conexionado asociado.  Capitulo IV: El cual contiene la programación y configuración del SCADA.  Capitulo V: El cual reseña un análisis costo-beneficio del proyecto.

Capitulo I: El Problema

1.

EL PROBLEMA

1.1. Planteamiento del Problema
En la industria existen sistemas y equipos vitales para el mantener activo el proceso productivo de la empresa, además de asegurar la disponibilidad y funcionamiento en los equipos de emergencia, tales como Sistemas Contra Incendio, en caso de un accidente o contingencia que se presente en las instalaciones.

Para garantizar la continuidad operativa en los equipos críticos vitales del proceso y de seguridad industrial, se requiere un sistema que suministre energía de manera segura y confiable a dichos equipos. Dichas cargas críticas están formadas por los equipos que se indican a continuación: Sistema de Control Distribuido (DCS), Controladores Lógicos Programables (PLC), Consolas, Estaciones Maestras, Sistemas de Telemedición, Paneles de Alarmas y Sistemas Contra Incendio.

Los equipos críticos por ningún motivo deben verse afectados por los fallas o problemas eléctricos presentes en la red de alimentación principal de AC [5] como: ruido eléctrico, transientes, variación de frecuencia, distorsión armónica, apagón, bajo voltaje (instantáneo o prolongado), alto voltaje (instantáneo o prolongado), por tal razón se requieren sistemas que proporcionen energía sin problemas eléctricos de manera ininterrumpida y confiable. Los equipos que cumplen con estas características son los Sistemas de Energía Ininterrumpida UPS, sus siglas en inglés (Uninterruptible Power System) [1].

La definición precisa de un UPS es la del aquel dispositivo que provee protección contra los problemas en la calidad de energía previamente mencionados y proveer un respaldo de energía para asegurar la continuidad e integridad del proceso y/o

operación que se esté ejecutando en cualquier sistema de informática, telecomunicaciones, industrial, etc.

El standard IEC 62040-3 y el equivalente Europeo ENV 50091-3 definen tres tipos de UPS los cuales son los siguientes [5]:  Passive Standby: Mejor conocido como UPS standby u offline provee un nivel de protección básico y tiene dos modos de operación: normal y baterías.  Line-Interactive: Estos UPS ofrecen un nivel de protección intermedia. El principio de operación de un UPS line-interactive es muy parecido al del UPS standby. Tiene dos modos de operación: normal y baterías.  Doble Conversión: También conocidos como UPS Online, estos UPS proveen el mayor nivel protección. Tiene tres modos de operación: normal, baterías y by-pass.

Los tipos de UPS utilizados en la industria son Doble Conversión ya que dichos equipos son los que ofrecen un mayor nivel de protección a la carga crítica conectada al sistema.

Ante la presencia de un problema eléctrico con la red de alimentación principal de AC, el UPS mantiene la carga crítica conectada de manera segura,

proporcionándoles continuidad y confiabilidad a los equipos críticos conectados en el mismo.

Por otro lado un desperfecto o anomalía en el UPS, hace que el equipo transfiera la carga crítica de manera segura de la etapa inversora (salida del UPS) a la red alterna de energía AC (Red de By-pass o Emergencia), entonces en esta condición

el UPS no está en la capacidad de proporcionar el suministro de energía de manera confiable a las cargas críticas, y en caso de presentarse un problema eléctrico en la red de alimentación AC las cargas críticas conectadas en el equipo, se verán afectadas con el riesgo de desconexión eléctrica.

La desconexión de dichas cargas críticas trae como consecuencia las paradas no planificadas al proceso productivo, la generación de accidentes operacionales con pérdidas materiales posibles incidentes y/o y hasta humanas,

adicionalmente contaminación ambiental por la fuga de un gas tóxico o derrame de un producto contaminante a la atmósfera.

Con la incorporación de un nuevo sistema automatizado para el monitoreo constante, serán detectados automáticamente los eventos y fallas presentadas en los UPS de la Refinería El Palito, para tomar las medidas tanto Operacionales como de Seguridad Industrial y de Mantenimiento Correctivo al Sistema UPS que presente la anomalía.

Conscientes de la necesidad de contar con un nuevo sistema automatizado para el monitoreo de los sistemas de energía confiable UPS, se propone la elaboración del presente proyecto de investigación titulado: Diseño de un Sistema de Control Supervisorio y Adquisición de Datos (SCADA) para el Monitoreo Remoto de los Sistema de Energía Ininterrumpida (UPS) Perteneciente al Sistema Eléctrico de una Refinería en el País.

1.2. Justificación
Motivado a la importancia y nivel de criticidad de los equipos UPS en el complejo refinador, por proporcionar la alimentación eléctrica a las cargas críticas vitales en el proceso productivo de la Refinería como: Controladores Lógicos Programables (PLC), Cónsolas, Sistemas de Control Distribuido (DCS), Sistemas de

Telemedición y Comunicación, Estaciones Maestras; además de garantizar las condiciones de Seguridad Industrial para el resguardo del personal laboral y de las instalaciones mediante la alimentación eléctrica de cargas como: Sistemas Contra Incendio, Paneles de Alarmas.

Actualmente en la Refinería El Palito no existe un sistema automatizado que detecte y monitoree a distancia el funcionamiento - fallas o anomalías presentadas en los UPS ubicados en las áreas operativas, permitiendo de esta forma minimizar al máximo las paradas no planificadas en los procesos productivos y las consecuencia que con ello implica.

De continuar con esta situación, de no ser detectadas las fallas a distancia en los equipos UPS instalados en campo, se incrementaran las paradas operacionales no planificadas, por la desconexión de las cargas críticas cuando el UPS esté en presencia de una o varias fallas. Por tal motivo se requiere un sistema automatizado SCADA, que permita el monitoreo del funcionamiento en los UPS ubicados en las instalaciones operacionales de la Refinería El Palito. Dicho sistema estará provisto de una interfase Hombre-Maquina (HMI) para el monitoreo en el funcionamiento del UPS y de un conjunto de alarmas tanto visuales como sonoras las cuales serán activadas automáticamente cuando un UPS presente fallas de tipo operativas.

Un desperfecto o anomalía en un sistema UPS genera una condición de urgencia, ya que el equipo en estado de falla transfiere automáticamente de manera segura la carga conectada a la salida del mismo, a una alimentación de respaldo AC (Red de By-pass o Emergencia), que es alimentada a su vez de la red principal AC. En esta condición la carga crítica no se encuentra respaldada por el UPS, entonces en caso de presentarse un problema eléctrico en la red de alimentación principal de corriente alterna AC (Ruido Eléctrico, Transiente, Variación de Frecuencia, Distorsión Armónica, Apagón, Bajo Voltaje (Instantáneo o prolongado), Alto Voltaje (Instantáneo o prolongado)) dichas cargas críticas se verán afectadas con el riesgo de desconexión eléctrica y de las consecuencias que ello implica.

El control de los equipos modulares en el área operacional es imprescindible porque además de garantizar la continuidad del proceso productivo de la refinería, mantiene activos los equipos del sistema Contra Incendio, ya que en el ambiente laboral de la refinería existen atmósferas peligrosas (Deficiencia de oxígeno, Inflamables y Tóxicas) que con el mínimo error humano y/o operativo podrían generar situaciones de riesgo y emergencia (incendio, explosión, intoxicación, etc.). Por lo tanto el control de las plantas va mas allá de las pérdidas materiales, nos referimos a la vida y al ambiente, ya que una situación de emergencia que se presente afectará no solo al personal que se encuentre en el sitio del evento, sino a las comunidades ubicadas en los alrededores, sin olvidar el daño ambiental que se produciría con la fuga de gases tóxicos y derrame de productos al mar afectando a la flora, fauna y al mismo ser humano.

La implementación de un sistema automatizado para el monitoreo de los sistemas UPS reduciría al mínimo las paradas operacionales no planificadas que sean causadas por desperfectos en los UPS, ya que en caso de presentarse una falla en un UPS, se tomarán las medidas tanto preventivas como correctivas en las áreas operacionales, de Seguridad Industrial y mantenimiento al equipo.

1.3. Objetivos
1.3.1. Objetivo General:

Elaborar una propuesta de diseño de un Sistema de Control Supervisorio y Adquisición de Datos (SCADA) para el monitoreo remoto de los Sistema de Energía Ininterrumpida (UPS), perteneciente al sistema eléctrico de una Refinería en el país.

1.3.2.

Objetivos Específicos:

 Proveer información en tiempo real de los parámetros eléctricos a la entrada y salida de los UPS (corrientes, voltajes, potencia, frecuencia).  Suministrar la información detallada del nivel en la calidad de energía eléctrica del sistema eléctrico (Imax, Imin, Vmax, Vmin, Kw, Kva, Kvar, Cos(φ), frecuencia).  Suministrar la información relacionada al tiempo de funcionamiento ininterrumpido (horas de operación), número de interrupciones (paradas), en un lapso de tiempo determinado.  Indicar el estado de funcionamiento en el banco de baterías, temperatura interna del equipo y modo de operación del sistema UPS (inversor a carga o modo by-pass).

1.4. Alcance
El alcance del presente trabajo consiste en la elaboración de una propuesta de diseño de un Sistema de Control Supervisorio y Adquisición de Datos (SCADA), para el monitoreo de operación e identificación de las fallas comunes en los Sistemas de Energía Ininterrumpida (UPS), ubicados en las áreas operacionales de las diferentes plantas que conforman al complejo refinador El Palito, el cual abarcará los siguientes tópicos según se indica a continuación:

Actualmente en la refinería existen un total de 35 UPS instalados y se requiere implementar el nuevo sistema automatizado (SCADA) a 28 UPS, los cuales forman parte de las diferentes áreas operacionales de procesos críticos en la refinería.  Ingeniería de detalles del nuevo SCADA.  Diseño de los tableros para la instalación de los equipos sensores y de telemedición.  Diseño de la topología en la red de comunicación a utilizar.  Selección y programación del SCADA a ser implementado.  Simulación del SCADA para verificar su operatividad y factibilidad.

Capitulo II: Marco Teórico

2.

MARCO TEÓRICO

2.1. Antecedentes
El presente trabajo especial de grado titulado “DISEÑO DE UN SISTEMA DE CONTROL SUPERVISORIO Y ADQUISICION DE DATOS (SCADA) PARA EL MONITOREO REMOTO DE LOS SISTEMA DE ENERGIA ININTERRUMPIDA (UPS) PERTENECIENTE AL SISTEMA ELECTRICO DE UNA REFINERIA EN EL PAIS” tiene como basamento teórico los distintos trabajos especiales de grado realizados en la Universidad de Carabobo los cuales nos sirven para extraer de ellos información y recopilar datos que nos lleven al buen desenvolvimiento o dirección de la investigación a lo largo de su duración permitiéndonos cumplir con los objetivos trazados. A continuación se mencionan los trabajos de grado indicados anteriormente:  El trabajo especial de grado titulado “Diseño e Implementación de un Sistema de Adquisición de Datos basado en un PLC 16F877” realizado por el bachiller López, Radames, en el año 2005, el cual toma un enfoque hacia la línea de investigación relacionada con el control de procesos, específicamente la automatización de un proceso a través del diseño de un SCADA utilizando un PLC.  El trabajo especial de grado titulado “Actualización del Sistema de Monitoreo y Control de la Planta desmineralizadora de agua de la Refinería El Palito”, realizado por los bachilleres López M., Alexnis B. & Gutiérrez B., Jhonattan J. en el año 2001, el cual toma un enfoque hacia la línea de investigación relacionada con el control de procesos, específicamente con un reemplazo y/o actualización del PLC, instrumentación asociada, y mejoras en la integración al sistema I/A

Foxboro actualmente instalado en la planta de Servicios Industriales de la Refinería El Palito.  El trabajo especial de grado titulado “Diseño de un Sistema de Monitoreo y Control de las unidades de A/A de la planta Johnson y Johnson de Venezuela” realizado por los bachilleres López M., Lisseth R. & Hermes Volcan M. en el año 1999, el cual toma un enfoque hacia la línea de investigación relacionada con la automatización de procesos, específicamente con en diseño de un sistema de monitoreo y control de las unidades de A/A, utilizando PLC y un sistema de interfaz (HMI), a través de un PLC maestro.  El trabajo especial de grado titulado “Diseño de un sistema de Monitoreo Remoto, de los comandos de transferencia de disparos en las líneas de alta tensión en la compañía de electricidad CADAFE”, realizado por los bachilleres Lugo A., Astrid & Mijares R., Katiuska J. en el año 2004, el cual toma un enfoque hacia la línea de investigación relacionada con el área de automatización y control de procesos, específicamente con el diseño de un sistema de monitoreo remoto utilizando microcontroladores, el cual permitirá registrar los eventos ocurridos y captados por los equipos de teleprotección (comandos de transferencia de disparo) en las líneas de alta tensión de CADAFE.  El trabajo especial de grado titulado “Diseño de un conjunto de practicas con la aplicación de Sistemas de Adquisición de Datos y Control Supervisorio (SCADA) para el laboratorio de automatización industrial” realizado por los bachilleres Montero, Yennys & Hernandez M., Rafael E. en el año 2001, el cual toma un enfoque hacia la línea de investigación relacionada con el control de procesos, mediante la elaboración de practicas metodológicas para la enseñanza del SCADA en estudiantes a cursar la asignatura de Automatización Industrial II.

 El trabajo especial de grado titulado “Diseño de un Control Supervisorio para los medidores de flujo Micro Motion de la empresa Dupont Perfomance Coatings Venezuela CA” realizado por los bachilleres Rojas E., Maria E. & Pino F.,

Argimiro en el año 2005, el cual toma un enfoque hacia la línea de investigación relacionada con el control de procesos, específicamente con el diseño de un sistema de monitoreo y adquisición de datos en medidores de flujo.  El trabajo especial de grado titulado “Diseño e Implementación de un Sistema de Supervisión Remota de los Sistemas de Energía de la red secundaria de CANTV Región Central”, realizado por los bachilleres Pacheco Noel & Vera Jesús, en el año 2001, el cual toma un enfoque hacia la línea de investigación relacionada con el área de automatización industrial, específicamente en el diseño de un sistema de monitoreo y supervisión a los equipos de energía de la red secundaria de CANTV.

2.2. La Empresa
2.2.1. Ubicación Geográfica La Refinería El Palito (REP) se encuentra ubicada en la costa norte de Venezuela, específicamente en el sector Punta de Chávez, en las cercanías de El Palito, Municipio Juan José Flores de Puerto Cabello, Estado Carabobo. La refinería ocupa una amplia extensión costera entre los ríos Sanchón y Aguas Calientes. En la selección del sitio de instalación influyó principalmente el hecho de existir un terminal que recibiera los crudos provenientes de Barinas y Apure. Forma junto a las refinerías de Amuay-Cardón (CRP), Bajo Grande, San Roque y Puerto La Cruz el Circuito Refinador Nacional.

Por su ubicación estratégica, puede conectarse con los mercados internacionales a través de su Terminal marino y con el mercado interno a través de las plantas de llenado de El Palito, Yagua y Barquisimeto, constituyéndose en la principal productora y suplidora de combustible del parque industrial y de la población de los estados centrales, así como una porción del occidente del país.

2.2.2. Reseña Histórica La construcción de la refinería el palito se inicia en 1958, como parte del convenio entre la Mobil Oíl Co., y el Gobierno de Venezuela, en la cual se obliga a dicha compañía a refinar en el país parte del crudo obtenido en las concepciones, con un costo inicial de la obra superior a los 100 millones de bolívares y una capacidad instalada de 55 mil barriles diarios (MBD).

La capacidad inicial de la Refinería El Palito, mediante una serie de expansiones; ha aumentado, a continuación se muestra cronológicamente dichas expansiones:

1.964.- 1er Incremento de la capacidad de procesamiento de procesamiento de la unidad de Destilación Atmosférica de 55 a 85 MBD. 1.969.- 2do Incremento de la capacidad de procesamiento de la Unidad de Destilación Atmosférica de 85 a 110 MBD. 1.982.- Expansión ELPAEX. Cambio del Patrón de Refinación. Incorporación de la Unidad de Vacío (66 MBD), Unidad de Craqueo Catalítico FCC (42MBD), Unidad de Alquilación (22 MBD), Tratamiento de Azufre, Tratamiento de Merox, Tratamiento de Aguas Agrias, y ampliación de Servicios Industriales: construcción de Tratamiento de Efluentes, una nueva Planta Eléctrica. 1.986.- Puesta en servicio de Unidad de Solventes.

1.988.- Inicia actividades la Planta de Tratamiento Jet. 1.990.- Incremento de la capacidad de procesamiento de la Unidad de Reformación Catalítica de 7,5 a 9,5 MBD y puesta en funcionamiento del Complejo BTX (Benceno, Tolueno y Xileno: 7,4 MBD). 1.991.- Incremento de la capacidad de procesamiento de la Unidad de Craqueo Catalítico FCC de 42 a 54 MBD; aumentando la producción de compuestos MTBE2 y TAME3. 1.993.- 3er. Incremento de la capacidad de procesamiento de la Unidad de Destilación Atmosférica de 110 a 120 MBD. Entra en funcionamiento por primera vez en Venezuela la Unidad de Oxigenados (2,7 MBD). 1.994.- Se comienza la producción de gasolina oxigenadas y reformuladas bajo el modelo simple. Se incrementa la capacidad de la Unidad Recuperadora de Azufre y la Optimización de la Unidad de Aguas Agrias. Ampliación de Servicios Industriales. 1.996.- Se pone en servicio la torre de Destilación Catalítica (3,3 MBD). Nueva Planta Sanitaria de la Refinería. 1.997.- Entra en funcionamiento el nuevo muelle, con capacidad de manejo de 85 mil toneladas de peso muerto (550 MB). Mejoras en la Planta de Tratamiento de Efluentes. 4to incremento de la capacidad de procesamiento de la Unidad de Destilación Atmosférica de 120 a 130 MBD. 1.998.Se entrega el primer cargamento de gasolina reformulada bajo el modelo complejo. 2.002.Incremento en la capacidad de procesamiento de las unidades de Destilación Atmosférica y Vacío de 140 y 80 MBD respectivamente.

Diagrama de flujo del Proceso

NAFTA A PTR

Reformación Catalítica Complejo BTX Unidad de Solventes

LPG

LPG

NAFTA PESADA

HSR A TANQUE

AROMATICOS Y SOLVENTES

BENCENO O-XILENO TOLUENO XILENO HEPTANO DIS.88 Y 55

CRUDO

Destilación Atmosférica y Vacío

GAS. DE ALTA GASOLINA C5 GASOLINAS GAS DE MEDIA GAS DE BAJA

ALQUILATO

NAFTA FCC Gasolina Natural DESTILADOS Y RESIDUALES KEROSENE JET A-1 JP-5 RESIDUAL ALQUITRAN DIESEL

Metanol

Craqueo Catalítico Alquilación Oxigenados ALC

ACEITE LODOSO

Isobutano

AZUFRE

AZUFRE

VGO foraneo

RESIDUAL DE VACÍO

Figura 1. Diagrama de flujo del proceso en la REP

2.2.3. Misión Satisfacer las necesidades de energía de la sociedad, apoyándose en la excelencia de su gente y tecnologías de vanguardia, y creando el máximo valor para la nación venezolana.

Generar el mayor rendimiento económico posible a sus accionistas en actividades petroleras, petroquímicas, de gas, carbón y bitúmenes, bajo el criterio de mejoramiento continuo de la calidad, productividad y excelencia, con un compromiso ético hacia las personas, instituciones y países con los cuales se relacionan.

La misión de la Refinería El Palito es abastecer de productos combustibles y lubricantes a todo el Centro, Oriente y Occidente del país y del exterior.

Además, ésta se encarga de procesar crudos y otros insumos para suplir al mercado nacional de gasolina, destilados, aceites, lubricantes, petroquímicos y otros productos; generar divisas e incrementar beneficios para el accionista principal (el pueblo Venezolano) a través de la exportación de derivados y la explotación de servicios, dentro de una visión amplia del negocio del petróleo, manteniendo un alto margen de refinación y altos índices de seguridad en sus operaciones comparables internacionalmente, en armonía con el entorno geográfico y social, basándose para todo esto en la creatividad e innovación de su gente, el espíritu de mejoramiento continuo, el uso intensivo de cibernética y en general de los avances tecnológicos.

2.2.4. Visión Hacer de Petróleos de Venezuela una corporación global: Petrolera, petroquímica de gas, carbón y bitúmenes, líder mundial en los sectores energéticos y petroquímicos,

reconocida como proveedores preferidos, por su capacidad técnica y la excelencia de su gente.

La refinería que con el esfuerzo, creatividad e innovación de su gente, es reconocida como líder mundial por su efectividad operacional, sus índices de seguridad y el logro de la máxima satisfacción de sus clientes, nacionales e internacionales, todo esto en total armonía con el entorno social y ambiental.

2.2.5. Valores Dirigir sus negocios con la perspectiva de cumplir su visión y misión, fundamentados en los siguientes valores corporativos:  Integridad  Respeto por la Gente  Equidad  Responsabilidad Social  Seguridad  Competitividad

2.2.6. Actividad Económica PDVSA Refinería El Palito, tiene como objetivo general realizar actividades de producción, explotación, transporte y comercialización nacional e internacional del petróleo crudo, combustibles, reformada y residuales, aromáticos, gas, entre otros, hacia el mercado de los Estados Unidos, Europa, Centroamérica y Suramérica; además de ser una fuente segura para la nación.

La Refinería El Palito, es fuente de suministro seguro y confiable a los consumidores finales en los mercados internacionales de hidrocarburos, mediante una estrategia de mercado que asegura la comercialización de los crudos y productos bajo las condiciones más ventajosas para el país en los convenios suscritos con empresas estatales y privadas de los países consumidores, de acuerdo con las políticas de mercado internacional de la industria petrolera venezolana. Estas ventas que incluyen crudos y productos refinados representan en total más del 20% de las exportaciones de la industria nacional y más del 30% en lo que respecta a productos blancos (Gasolinas, Gas licuado de petróleo y solventes). La refinería, cubre sus requerimientos de transporte y contribuye significativamente a la logística de suministro al mercado interno de hidrocarburos.

2.2.7. Proceso Productivo

En la Refinería existen una serie de unidades donde se llevan a cabo los diferentes procesos productivos estos son:

Nafta s Gases
Solventes industriales

Crudo Complejo BTX
Destilación atmosférica Reformación catalítica

VGO

.

Destilación al vacío

Desintegración catalítica

Proceso Productivo (continuación) Gases

Especialidades
Solventes Industriales

Reformación catalítica

Complejo BTX

Naftas

Gasolinas
Alquilación

Destilación Atmosférica
Isobutano

Desintegración catalítica

Fuel Oil
Destilación al vacío

Metanol
Oxigenados

Figura 2. Diagrama del proceso productivo en la REP

2.2.7.1. Destilación y Especialidades
 Unidad de Destilación Atmosférica: La unidad de destilación atmosférica tiene una capacidad de procesamiento de crudo de 140 MBD y una flexibilidad de procesar crudos en el rango de 28 a 32 °API. Es el primer proceso que se efectúa en la refinería y consiste en la separación del crudo en cinco cortes o pseudos componentes: gases, nafta, kerosén, gasóleo liviano y gasóleo pesado.

El proceso se inicia básicamente en dos trenes de precalentamiento, donde el Crudo intercambia calor con los productos de la Torre de Destilación Atmosférica y con los de la Torre de Destilación al Vacío, unidad con la que se encuentra integrada térmicamente. Posteriormente pasa a tres hornos y de allí a la Torre Atmosférica, en la cual se producen 1 % de gases, 16 % de gasolina, 25 % de destilados (kerosene, gasóleos) y 58 % de Residuo Largo obtenido por el fondo de la torre D-101, él cual es enviado como carga a la unidad de vacío. Los gases y nafta se envían a la Planta de Gasolina y el kerosén es almacenado para ser dispuesto como combustible.

 Unidad de Destilación al Vacío: Se diferencia de la destilación atmosférica básicamente por la baja presión y la mayor temperatura del horno (alimentación). Usa como materia prima el residuo largo proveniente del fondo de la torre de destilación atmosférica. Esta alimentación, precalentada, entra a la torre de vacío en donde la mezcla líquido-vapor es separada al instante en cuatro tipos de corriente: gasóleos livianos y pesados, enviados en conjunto a la Unidad de Desintegración

Catalítica, pero en algunos casos son enviados directamente a Diesel, con el objeto de obtener mayor cantidad de este producto. El residuo corto o producto de fondo, intercambia calor con la alimentación de la Unidad de Destilación Atmosférica y retorna nuevamente donde se aprovecha la

energía para la producción de vapor. Posteriormente se mezcla con aceites craqueados y con destilados de la destilación atmosférica a fin de lograr las especificaciones finales, para luego ser enfriados y enviados a tanques de almacenamientos.

 Unidad de Reformación Catalítica: Esta unidad tiene una capacidad de procesar 9,5 MBD de nafta pretratada, para producir nafta reformada rica en compuestos aromáticos que posteriormente serán recuperados en el Complejo BTX.

El proceso de reformación consiste en el mezclado de la nafta pretratada con una carga de hidrogeno, proveniente del compresor y precalentamiento a 880°F para luego pasar al horno y de allí a los tres reactores. Estos reactores de lecho fijo, contienen un catalizador de platino que favorecen las reacciones para la obtención de nafta de alto octanaje, rica en aromáticos, la cual es estabilizada y enviada a la Unidad de Sulfolane en BTX y a la planta de solventes industriales.

 Unidad de Hidrotratamiento de Nafta: Esta unidad tiene como finalidad la eliminación de los elementos contaminantes presentes en la nafta de alimentación a la Unidad de Reformación Catalítica. Estos compuestos son: agua, azufre, nitrógeno y

metales como el plomo y el arsénico, que contaminan el catalizador bimetálico de la Unidad de reformación y lo desactivan.

La carga de nafta se pone en contacto con una corriente de gas rica en hidrogeno, pasando luego por un precalentador de carga y un horno. La corriente pasa a través de un lecho de catalizador colocado en un reactor cilíndrico a la temperatura adecuada para que el hidrógeno reaccione con los hidrocarburos que contienen azufre, nitrógeno y oxigeno, formando así sulfuros, amoniaco y agua.

 Complejo BTX: Es el proceso de producción de solventes aromáticos a partir de la nafta reformada, tiene una capacidad de procesamiento de 7 MBD. Esta formada por cuatro unidades de proceso: Sulfolane, fraccionamiento de Xileno, Isomar e Hidrodesalquilación térmica (HDT).

El producto de la Unidad de Reformación Catalítica se envía a la unidad de Sulfolane, donde los aromáticos son separados del refinado mediante el solvente Sulfolane y en la sección de fraccionamiento se obtienen Benceno, Tolueno y una mezcla de Xileno. La mezcla de Xileno se envía a la unidad de fraccionamiento donde el Orto –Xileno junto con los aromáticos más pesados se obtienen por el fondo y la mezcla de Meta y Para Xileno en el tope de dicha torre.

La mezcla de Meta y Para Xileno se envía a la unidad de Isomar para realizar la conversión de estos a Orto- Xileno. Parte del Tolueno, mezcla de

Xileno y los aromáticos pesados se envían a TDH para

convertirse en

Benceno, el cual es reciclado a la unidad de Sulfolane para su purificación.

 Unidad de Solventes Industriales: Este proceso consiste en la separación en cinco cortes o productos de la Nafta reformada proveniente de la Unidad de Reformación Catalítica. Este proceso se realiza en dos etapas de destilación.; la primera conformada por dos columnas de destilados que operan en paralelo de las cuales se obtiene por el Tope el Insol 210 y el otro producto como salida lateral, N-Heptano comercial.

El fondo de esta primera etapa alimenta la segunda, la cual se lleva a cabo en una columna de destilación de 20 platos; de esta segunda etapa se obtienen tres productos, el Disolin 54 A (por el tope), el Xileno Comercial (lateral) y el Disolin 88 A (fondo). Estos productos son enviados a sus respectivos tanques de almacenaje donde se despachan a la venta. Al existir excedentes en la unidad de solventes se combinan estos en otro tanque sirviendo entonces como alimentación al complejo BTX.

Diagrama del proceso productivo de Destilación y Especialidades

GAS+LIQ LSR

LIV

BENC B T X TOL O-XIL REF A.P

VICTORIA

HSR
GUAFITA

P T R

REF

HNS
BARINAS

MESA

C R U D O

C3/C4

KERO HSR(FRN) LGO

RES. EL CHAURE

HGO

S O L V

Copesol Insol 210

RESIDUAL

V A C I O

LVGO HVGO REScorto

Figura 3. Diagrama del proceso productivo en la Planta de Destilación y Especialidades REP

2.2.7.2. Sección de Conversión y Tratamiento
 Unidad de Craqueo Catalítico Fluidizado (FCC): Esta unidad tiene una capacidad de Procesamiento de 54 MBD de gasóleo combinado de vacío; en este proceso se transforman destilados medianos y pesados, producidos en la Unidad de Destilación al Vacío, en productos de mayor valor comercial como gasolina, gases licuados de petróleo (GLP) y olefinas.

El proceso consiste en la desintegración de las moléculas de gasóleo en presencia de un catalizador en forma de polvo, el cual se comporta como un fluido cuando se mezcla con los vapores de hidrocarburos. La nafta

craqueada (gasolina) se envía a la Unidad de Tratamiento Merox- Gasolina antes de ir a los tanques de almacenaje, las Olefinas se envían a la Unidad de Alquilación para producir una gasolina de alta calidad llamada Alquilato y los gases licuados se envían a la unidad de Oxigenados para producir éteres mezclados.

 Unidad de Alquilación: Este proceso consiste en la reacción de hidrocarburos insaturados (olefinas) con isobutano en exceso, en presencia del catalizador ácido fluorhídrico, para obtener Alquilato, propano y butano como productos, los cuales una vez tratados con KOH se envían a almacenaje para su posterior venta.

 Unidad de Oxigenados (MTBE – TAME):

Esta diseñada para procesar una mezcla de olefinas C4 y C5 provenientes de la Unidad de Desintegración Catalítica con la finalidad de producir una corriente de producto eterificado, compuesto por; Metil- Terbutil –Éter (MTBE), Teramil-Metil-Éter (TAME) y gasolina C5.

En esta unidad se llevan a cabo las reacciones de eterificación de las olefinas de carbono terciario con metanol, así como también se producen reacciones de hidrogenación de diolefinas, isomerización de olefinas y formación de alcoholes.

 Unidad de Tratamiento de Productos y Recuperación de Azufre: Los procesos de conversión catalítica conllevan a la desintegración de compuestos de azufre, contenidos en el gasoleo de vacío, para formar sulfuro de hidrogeno (H2S), disulfuros y mercaptanos, los cuales son compuestos contaminantes de los gases y gasolina debido a sus características tóxicas, corrosivas y al mal olor. Por esta razón se cuenta con diferentes procesos para tratar los productos y recuperar azufre, entre estos se tienen:

 Unidad de Tratamiento con Aminas.  Unidad de Merox-Olefinas.  Unidad de Merox-Gasolinas.  Unidad Recuperación de Azufre.  Unidad de Despojamiento de Aguas Agrias.  Unidad de Lavado de Nitrilos.

Diagrama del proceso productivo de Conversión y Tratamiento

GAS

C3/nC4 OLEFINAS CRD/RFC

METANOL REFINADO C4

RCA a BUTANO

N.LIVIANA

O X I

C5'S
ETERES MEZ

C5 a FCC Liv

VGO NAFTA HNS

F C C

N.MEDIANA

N.PESADA

ALC

GLP A L Q

APC

BUTANO

Contenido de i C5 RVP

ALQUITRAN ALQUILATO

IC4

MON

Figura 4. Diagrama del proceso productivo en la Planta de Conversión y Tratamiento REP

2.2.7.3. Sección de Servicios Industriales
La Sección de Servicios Industriales se encarga de la producción y distribución de todos los servicios requeridos en la refinería para las Unidades de Procesos, en todo lo relacionado con el suministro de agua, gas combustible, vapor, electricidad, aire de instrumentos y tratamiento de efluentes, agua de enfriamiento. Dicho soporte está representado por las siguientes plantas y/o sistemas auxiliares:

 Sistema de Gas Combustibles: es el encargado de garantizar el suministro confiable de gas combustible que se consume en toda la refinería. En él se reciben los gases producidos en las unidades de procesos, así como también el gas natural proveniente del gasoducto.

 Planta de Generación de Vapor y Electricidad: La planta de generación de vapor está conformada por cuatro calderas (4) de 300Mlb/hr cada una, las cuales generan vapor sobrecalentado a 610 psig y 720ºF. Esta planta posee un sistema de recolección de condensado, sistema de inyección de químicos, facilidades de bombeo y estaciones reductoras de presión para la producción de vapor de 600, 200,125 y 50 psig.

En relación con la generación de electricidad, se dispone de tres turbogeneradores de vapor con una capacidad de 13 MW cada uno. Esta electricidad es distribuida a toda la refinería a través de sub-estaciones.

Existe igualmente una interconexión con CADAFE, cuya función principal es suministrar la energía necesaria, hasta un máximo de 16 MW, en caso de fallar alguno de los turbogeneradores. Para ello, los turbogeneradores están

equipados con gobernadores electrónicos que permiten la entrada inmediata de esta interconexión con CADAFE.

 Sistema de Aire para Planta e Instrumentos: El sistema de aire está constituido por siete compresores con 7450 pies cúbicos estándar por minuto (SCFM) de capacidad total de diseño, mientras que el consumo de aire es de 6550 SCFM a 100 Libras.

 Sistema de Mechurrios: El Sistema de Mechurrio de la Refinería cuenta con cuatro mechurrios: un mechurrio tipo fosa al cual llegan los alivios del Complejo de Conversión, con una capacidad de 950 MLbs/Hr, diseñado por John Zink; otro mechurrio tipo fosa donde llegan los alivios del Complejo BTX, con capacidad de 1 MMLbs/Hr, diseñado por PBODY; todos los alivios de la Sección de Destilación y especialidades (a excepción de

BTX)descargan a un mechurrio vertical asociado a uno horizontal, diseñados por John Zink, con una capacidad de 350 MLbs/Hr.

 Planta de Tratamiento de Efluentes: Tiene como objetivo principal el tratamiento de aguas residuales de la refinería, con el fin de lograr una calidad de efluentes de acuerdo con las normas existentes para el envío de éstos a cuerpos de agua. Esta planta cuenta con cuatro (4) lagunas (Procesos, No Procesos, Retención y Oxidación) y un tanque de Lastre, para la recepción del lastre de los buques y almacenamiento de todos los efluentes.

Para tratar los diferentes efluentes, la planta cuenta con tres separadores por gravedad, tres sistemas de flotación por aire disuelto y una laguna de oxidación biológica (bacteria aeróbicas).

 Sistema de Captación o recolección de Aguas: Se compone de cuatro sistemas: Sistema de Captación Subterránea en el Río Sanchón, Sistema de Captación Superficial en el Río Sanchón, Sistema de Captación Subterránea en el Río de Aguas Calientes y Sistema de Captación del Río Aroa.

 Planta de Tratamiento de Aguas: En esta planta se realiza el tratamiento químico del agua captada previamente. Este tratamiento es realizado mediante procesos de filtración y desmineralización.

El agua en la refinería se distribuye: agua potable, agua contra incendios, agua desmineralizada, agua de enfriamiento, servicios y otros.

El sistema de enfriamiento de la refinería el Palito está constituido por tres torres de enfriamiento que operan independientemente. Cada circuito comprende los siguientes elementos: Torres de enfriamiento, bombas de distribución, cabezales principales de suministro y retorno (entrada/salida de las unidades de procesos), ramales a equipos de intercambio de calor enfriados por agua, bombas y turbinas que requieren de enfriamiento por agua en sus partes internas.

La torre M-7156 de 22 GPM de capacidad para servir la unidad de Alquilación, La torre E-951 de 11 GPM de capacidad para servir las unidades

de Crudo, Solventes y Lubricantes y

la torre M-7154 de 75 GPM de

capacidad que surte al resto de las unidades de procesos.

2.2.7.4. Sección de Análisis de Materia Prima y Control de Productos (Laboratorio)
En los procesos continuos es de vital importancia el control de la calidad periódico con el objeto de poder determinar la calidad básica de los insumos a procesar y proveer productos que se encuentren dentro de las especificaciones de calidad establecidas y además por el hecho de que un descontrol de proceso puede contaminar y sacar de especificación a toda la producción acumulada. Además de analizadores en línea se mantiene un laboratorio que efectúa análisis como: Densidad (API), Volatilidad, Destilación, Presión de vapor Reíd, Punto de Inflamación, Combustión, Números de Octanos, Punto de Humo, Calidad de Quemado, Punto de Anilina, Número de Cetano, Residuo de Carbón, Índice de Diesel, Contenido de Cenizas, Fluidez, Corrosividad, Corrosión al Cobre, Prueba Doctor, Contenido de Azufre, entre otros.

2.2.7.5. Sección de Movimiento de Crudos y Productos
La Refinería El Palito posee un Sistema de Mezcla en Línea y de Bombeo de Productos terminados hacia los Centros de Distribución de Yagua, Barquisimeto y llenaderos de la Refinería, así como un Terminal Marino con cuatro muelles y una capacidad total de almacenamiento de 7 millones de barriles (MMBls).

 El Sistema de Mezcla en Línea tiene una capacidad promedio de 102 MBD. Se dispone también de un Sistema Optimizador de Mezclas de Gasolinas (BOES), el cual brinda los siguientes beneficios por mezcla: optimización

continua, control de flujos, predicción de calidades, disminución de regalos de calidad, generador de reportes.

 El Sistema de Entrega de Productos a los Centros de Distribución esta conformado por el Sistema de envío a Yagua que tiene un poliducto de 48,6 Km de longitud y un diámetro de 16”, para distribuir Gasolinas, diesel y kerosene al Centro del país, y el Sistema de envío a Barquisimeto, con un poliducto de 150 Km de longitud y un diámetro de 12”, el cual distribuye los productos a los Llanos Centro-Occidentales.

 El Terminal Marino esta conformado por dos terminales de dos muelles cada uno. El Terminal viejo tiene una capacidad de carga y descarga de 65 Mton (peso muerto) y el Terminal Nuevo tiene una capacidad de carga y descarga de 80 Mton (peso muerto).

 La capacidad total de almacenaje es de 7 MMBls: 4,2 MMBls se destinan para el almacenaje de productos negros (crudo, VGO, Diesel, JET) y 2,8 MMBls son para el almacenamiento de productos blancos y gases licuados.

2.2.7.6. Materia Prima Utilizada
 Crudo: el crudo que se procesa en la refinería es una mezcla de crudos provenientes de varios campos de producción. Aproximadamente el 90% del crudo proviene de los campos de Barinas y Apure, el cual se recibe a través de un oleoducto de 389 Km de longitud, mientras que el resto de crudo llega por medio de buques al terminal marino.

 Gasóleo (HVGO): Se requiere para completar la carga a la

Planta de

Desintegración Catalítica, por lo que recibe alrededor de 24 MBD de HVGO procedente de la Refinería de Amuay, por medio de buques.

 Isobutano: Para el proceso de Alquilación se requiere un suministro de 6 a 7,5 MBD de isobutano proveniente del Criogénico de José en el Estado Anzoategui y/o desde Bajo Grande en la Salina en el Estado Zulia.

 Gasolina Natural: Se requiere el recibo de 20 a 22 MBD de Gasolina Natural suministrados vía tranqueros desde Occidente y Oriente del país (Puerto La Cruz, cardón, Bajo Grande o La Salina), para maximizar los volúmenes de exportación de gasolinas sin plomo y optimizar la incorporación de los

básicos en las diferentes mezclas de gasolinas.

 Metanol: Este es suministrado por Pequiven desde las Plantas de Metor y Supermetanol ubicadas en el Oriente del País, para la producción de compuestos oxigenados.

 Nafta FCC: Se utiliza para incrementar la exportación de Gasolinas sin plomo. Actualmente se reciben 4 MBD de Nafta FCC de la refinería de Amuay

2.2.7.7. Productos
El principal producto de la Refinería es la Gasolina (Óptima y Popular), tanto para el mercado interno como para el externo. También se cuenta con la producción de Combustibles residuales (Fuel Oil), Diesel, Kerosene,

Alquitrán aromático, Solventes Industriales (Disolin 88 A, Disolin 54 A y Xileno comercial), GLP, Solventes BTX (Benceno, Tolueno y Xileno), Azufre y Lubricantes.

 Gasolina: Líquido volátil, de color marrón claro o rozado, aromático, mezcla de hidrocarburos alifáticos. Soluble en cloroformo, éter, benceno, alcohol absoluto inflamable. Se utiliza como combustible de motores, como diluyente y como solvente. Puede ser optima (de 91 octano) o reformulada (de 95 octano con o sin plomo).



Fuel Oil: Combustible residual, producto de fondo de la destilación atmosférica. Posee un punto de inflamación mayor de 230° F. Se utiliza como combustible de calderas.

 Diesel: Es un destilado medio de color amarillento utilizado como combustible.

 Kerosén: Líquido incoloro e inflamable. Reacciona vigorosamente con materiales oxidantes. Se utiliza como solvente limpiador y combustible.

 Solventes Industriales: Mezcla de aromáticos incoloros.

 GLP (Gas Licuado de Petróleo): es una mezcla de gases que resulta al extraer los componentes más livianos de líquido del Gas Natural (metano y etano

 Solventes BTX: Benceno: Líquido incoloro e inflamable. Se utiliza como fumigante, solvente y en síntesis químicas. Tolueno: Destilado incoloro e inflamable. Se utiliza como solvente y en síntesis químicas. Xileno: Líquido claro incoloro de olor aromático. Se usa como combustible.

Distribución de Productos

2 Muelles, 4 Puestos

El Palito

2 Poliductos

Local
Barquisimeto
BARQUIMETO

YAGUA

Yagua

Figura 5. Diagrama de distribución de productos en la REP

2.3. Bases Teóricas
2.3.1. Control automático de supervisión y adquisición de datos El objetivo principal de la automatización industrial consiste en gobernar la actividad y la evolución de los procesos sin la intervención continua de un operador humano.

En los últimos años, se ha estado desarrollado un sistema, denominado SCADA, el cuál permite supervisar y controlar, las distintas variables que se encuentran en un proceso o planta determinada. Para ello se deben utilizar distintos periféricos, software de aplicación, unidades remotas, sistemas de comunicación, etc., los cuales permiten al operador mediante la visualización en una pantalla de computador, tener el completo acceso al proceso.

Existen como sabemos varios sistemas que permiten controlar y supervisar, como lo son: PLC, DCS y ahora SCADA, que se pueden integrar y comunicar entre sí, mediante una red Ethernet, y así mejorar en tiempo real, la interfaz al operador.

Ahora no sólo se puede supervisar el proceso, sino además tener acceso al historial de las alarmas y variables de control con mayor claridad, combinar bases de datos relacionadas, presentar en un simple computador, por ejemplo, una plantilla Excel, documento Word, todo en ambiente Windows, siendo así todo el sistema más amigable.

2.3.2. Descripción general de un SCADA El nombre SCADA significa: (Supervisory Control And Data Acquisition, Control Supervisor y Adquisición de datos).

Un sistema SCADA es una aplicación o conjunto de aplicaciones software especialmente diseñada 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.). Aunque inicialmente solo era un programa que permitía la supervisión y adquisición de datos en procesos de control, en los últimos tiempos han ido surgiendo una serie de productos hardware y buses especialmente diseñados o adaptados para éste tipo de sistemas.

La interconexión de los sistemas SCADA también es propia, se realiza una interfaz 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. Además, provee de toda la información que se genera en el proceso productivo a diversos usuarios.

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).

2.3.3. Características de un sistema SCADA Los sistemas 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, muy variados y todos, bien aplicados, ofrecen soluciones óptimas en entornos industriales. Lo que hace de los sistemas SCADA una herramienta diferente es la característica de control supervisado. De hecho, la parte de control viene definida y supeditada, por el proceso a controlar, y en última instancia, por el hardware e instrumental de control (PLCs, controladores de control lógicos, armarios de control.) o los

algoritmos lógicos

aplicados

sobre la planta los cuales pueden

existir previamente a la implantación del sistema SCADA, el cual se instalará sobre y en función de estos sistemas de control.

En

consecuencia,

supervisamos

el

control

de

la

planta

y no

solamente monitorizamos las variables que en un momento determinado están actuando sobre la planta; esto significa que podemos actuar y variar las variables de control en tiempo real, algo que pocos sistemas permiten con la facilidad intuitiva que dan los sistemas SCADA.

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 labor del supervisor representa una tarea delicada y esencial desde el punto de vista normativo y operativo; de ésta acción depende en gran medida garantizar la calidad y eficiencia del proceso que se desarrolla. En el supervisor descansa la responsabilidad de orientar o corregir las acciones que se desarrollan. Por lo tanto tenemos una toma de decisiones sobre las

acciones de últimas de control por parte del supervisor, que en el caso de los sistemas SCADA, estas recaen sobre el operario.

Esto diferencia notablemente los sistemas SCADA de los sistemas clásicos de automatización donde las variables de control están distribuidas sobre los controladores electrónicos de la planta y dificulta mucho una variación en el proceso de control, ya que estos sistemas una vez implementados no permiten un control a tiempo real óptimo. La función de monitorización de estos sistemas se realiza sobre un PC industrial ofreciendo una visión de los parámetros de control sobre la pantalla de ordenador, lo que se denomina un HMI (Human Machine Interface), ofrecen una función como en los de sistemas SCADA, pero sólo

complementaria

monitorización:

Observar

mediante aparatos especiales el curso de uno o varios parámetros fisiológicos o de otra naturaleza para detectar posibles anomalías.

Es decir, los sistemas de automatización de interfaz gráfica tipo HMI básicos, ofrecen 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 un reset. En los sistemas SCADA, se utiliza un HMI interactivo el 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. En definitiva, el modo supervisor del HMI de un sistema SCADA no solamente señala los problemas, sino lo mas importante, orienta en los procedimientos para solucionarlos.

A menudo, las palabras SCADA y HMI inducen cierta confusión en las personas que no están familiarizadas con estos sistemas (frecuentemente alentada por los mismos fabricantes en su afán de diferenciar el producto o exaltar

comercialmente el mismo). Cierto es que todos los sistemas SCADA ofrecen una interfaz gráfica PC-Operario tipo HMI, 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.  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 éstas 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, representación gráfica de los datos. Interfaz del Operador o HMI (Human Machine Interface).  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 que se produzcan en la operación diaria de la planta (eventos). Estos cambios son almacenados en el sistema para su posterior análisis.

Prestaciones Las prestaciones que puede ofrecernos un sistema SCADA eran

impensables hace una década y son las siguientes :  Posibilidad de crear paneles de alarma, que exigen la presencia del ordenador para reconocer una parada o situación de alarma, con registro de incidencias.  Generación de históricos de señal de planta, que pueden ser volcados para su proceso sobre una hoja de cálculo.  Creación de informes, avisos y documentación en general.  Ejecución de programas, que modifican la ley de control, o incluso el programa total sobre el autómata (bajo unas ciertas condiciones).

 Posibilidad de programación numérica, que permite realizar cálculos aritméticos de elevada resolución sobre la CPU del ordenador, y no sobre la del autómata, menos especializado, etc.

Con ellas, se pueden desarrollar aplicaciones basadas en el PC, con captura de datos, análisis de señales, presentaciones en pantalla, envío de resultados a disco o impresora, control de actuadores, etc.

Requisitos Estos son algunos de los requisitos que debe cumplir un sistema SCADA para sacarle el máximo provecho:  Deben ser sistemas de arquitecturas

abiertas, capaces de crecer

o

adaptarse según las necesidades cambiantes de la empresa.  Deben comunicarse con total facilidad y de forma transparente para el usuario con el equipo de planta (“drivers”) y con el resto de la empresa (acceso a redes locales y de gestión).  Los programas deberán ser sencillos de instalar, sin excesivas exigencias, y fáciles de utilizar, con interfaces amables con el usuario (sonido, imágenes, pantallas táctiles, etc.).

Componentes de Hardware Un sistema SCADA, como aplicación de software industrial específica, necesita ciertos componentes inherentes de hardware en su sistema, para poder tratar y gestionar la información captada.

Figura 6. Estructura básica de un sistema SCADA a nivel hardware

2.3.4. Ordenador Central o MTU (Master Terminal Unit): Se trata del ordenador principal del sistema el cual supervisa y recoge la información del resto de las subestaciones, bien sean otros ordenadores conectados (en sistemas complejos) a los instrumentos de campo o directamente sobre dichos instrumentos. Este ordenador suele ser un PC, el cual soporta el HMI. De esto se deriva que el sistema SCADA más sencillo es el compuesto por un único ordenador, el cual es el MTU que supervisa toda la estación.

Las funciones principales de la MTU son: Interroga en forma periódica a las RTU’s, y les transmite consignas; siguiendo usualmente un esquema maestro-esclavo.

Actúa como interfase al operador, incluyendo la presentación de información de variables en tiempo real, la administración de alarmas, la recolección y presentación de información y datos recopilados por el sistema (historial de eventos).

Puede ejecutar software especializado que cumple funciones específicas asociadas al proceso supervisado por el SCADA. Por ejemplo, software para detección de pérdidas en un oleoducto.

2.3.5. Ordenadores Remotos o RTUs (Remote Terminal Unit): Estos ordenadores están situados en los nodos estratégicos del sistema gestionando y controlando las subestaciones del sistema, reciben las señales de los sensores de campo, y comandan los elementos finales de control ejecutando el software de la aplicación SCADA.

Se encuentran en el nivel intermedio o de automatización, a un nivel superior está el MTU y a un nivel inferior los distintos instrumentos de campo que son los que ejercen la automatización física del sistema, control y adquisición de datos.

Estos ordenadores no tienen porque ser PCs, ya que la necesidad de soportar un HMI no es tan grande a este nivel, por lo tanto suelen ser ordenadores industriales tipo armarios de control, aunque en sistemas muy complejos puede haber subestaciones intermedias en formato HMI.

Una tendencia actual es la de dotar a los PLCs (en función de las E/S a gestionar) con la capacidad de funcionar como RTUs gracias a un nivel de integración mayor y CPUs con mayor potencia de cálculo. Esta solución

minimiza costes en sistemas donde las subestaciones no sean muy complejas sustituyendo el ordenador industrial mucho más costoso.

Figura 7. Funciones básica de una RTU en sistemas SCADA (Relación E/S).

2.3.6. Red de comunicación: Éste es el nivel que gestiona la información que los instrumentos de campo envían a la red de ordenadores desde el sistema. El tipo de BUS utilizado en las comunicaciones puede ser muy variado según las necesidades del sistema y del software escogido para implementar el sistema SCADA, ya que no todos los softwares (así como los instrumentos de campo como PLCs) pueden trabajar con todos los tipos de BUS.

Hoy en día, gracias a la estandarización de las comunicaciones con

los

dispositivos de campo, podemos implementar un sistema SCADA sobre prácticamente cualquier tipo de BUS. Podemos encontrar SCADAs sobre formatos estándares como los RS-232, RS-422 y RS-485, a partir de los cuales, y mediante un protocolo TCP/IP, podemos conectar el sistema sobre un bus ya existente; pasando por todo tipo de buses de campo industriales, hasta formas más modernas de comunicación como Bluetooth (Bus de Radio), Micro-Ondas, Satélite, Cable.

A parte del tipo de BUS, existen interfaces de comunicación especiales para la comunicación en un sistema SCADA como puede ser módems para estos sistemas que soportan los protocolos de comunicación SCADA y facilitan la implementación de la aplicación.

Otra característica de las comunicaciones de un sistema SCADA es que la mayoría se implementan sobre sistemas WAN de comunicaciones, es decir, los distintos terminales RTU pueden estar deslocalizados geográficamente.

2.3.7. Instrumentos

de

Campo:

Son

todos aquellos que

permiten tanto

realizar la automatización o control del sistema (PLCs, controladores de procesos industriales, y actuadores en general) como los que se encargan de la captación de información del sistema (sensores y alarmas).

Una característica de los Sistemas SCADA es que sus componentes son diseñados por distintos proveedores, sin coordinación entre sí. Así, se tienen diferentes proveedores para las RTUs (incluso es posible que un sistema utilice RTUs de más de un proveedor), modems, radios, minicomputadores, software de supervisión e interfase con el operador, software de detección de pérdidas, etc.

2.3.8. Como elegir un SCADA Para evaluar si un sistema SCADA es necesario para manejar una instalación dada, el proceso a controlar debe cumplir las siguientes características:  El número de variables del proceso que se necesita monitorear es alto.

 El proceso está geográficamente distribuido. Esta condición no es limitativa, ya que puede instalarse un SCADA para la supervisión y control de un proceso concentrado en una localidad.  Las información del proceso se necesita en el momento en que los cambios se producen en el mismo, o en otras palabras, la información se requiere en tiempo real.  La complejidad y velocidad del proceso permiten que la mayoría de las acciones de control sean iniciadas por un operador. En caso contrario, se requerirá de un Sistema de Control Automático, el cual lo puede constituir un Sistema de Control Distribuido, PLC's, Controladores a Lazo Cerrado o una combinación de ellos.

2.3.9. Implantación de un SCADA funcional Cuando una empresa decide implementar un sistema SCADA sobre su instalación hay 5 fases básicas a tener en cuenta para llevar a cabo el proceso:

Fase 1: El

diseño de la arquitectura del sistema. Esto incluye todas las

consideraciones importantes sobre el sistema de comunicaciones de la empresa (Tipo de BUS de campo, distancias, número de E/S, Protocolo del sistema y Drivers). También se verán involucrados los tipos de dispositivos que no están presentes en la planta pero que serán necesarios para supervisar los parámetros deseados.

Fase 2: Equipamiento de la empresa con los RTUs necesarios, comunicaciones, Equipos HMI y Hardware en general. Adquisición de un paquete software SCADA adecuado a la arquitectura y sistemas de la planta.

Fase 3: La instalación del equipo de comunicación y el sistema PC.

Fase 4: Programación, tanto del equipamiento de comunicaciones como de los equipos HMI y software SCADA.

Fase 5: Testeo del sistema o puesta a punto, durante el cual los problemas de programación en comunicaciones como en el software SCADA son solucionados.

2.3.10. Software SCADA y principales productos comerciales Para obtener las características y prestaciones propias de un sistema SCADA, su software debe presentar las siguientes funciones:  Manejo del soporte o canal de comunicación.  Manejo de uno o varios protocolos de comunicación (Drive)  Manejo y actualización de una Base de Datos  Administración de alarmas (Eventos)  Generación de archivos históricos.  Interfaces con el operador (MMI - Man Machine Inteface)  Capacidad de programación (Visual Basic, C)  Transferencia dinámica de datos (DDE)  Conexión a redes  Debe tener capacidad para comunicarse con múltiples redes de

instrumentos, aun siendo de distinta procedencia y fabricantes (standard IEC 1131.3)

Figura 8. Entorno de un software SCADA

A continuación exponemos los principales software SCADA que podemos encontrar en el mercado. En algunos casos no tan solo proporcionan una solución puramente SCADA sino que incluyen el registro y gestión de datos sobre software MES (Manufacturing Execution System) para explotación de datos de fabricación. Este tipo de integración de software MES en un sistema SCADA es una solución cada vez más demandada por los usuarios.

Nombre del Producto:
Aimax: All-Done Scada: Automainge: Captor: Checksys Objects: CIC: Cube: Cx-SuperVisor: Digivis: Experion PKS: Factory Suite A2:

Distribuidor/ Fabricante:
Design Instruments, S.A. (T.A. Engineering) Freixas i Ros, S.L. Automainge Sisteplant M2R,S.A. CJM Software, S.A. ORSI España, S.A. Omron Elsag bailey Hartmann & Braun, S.A. Honeywell, S.A. Evolución de los anteriores TDC3000, TPS y Plantscape. Logitek, S.A./ Wonderware. Evolución del FactorySuite 2000. Tecnomatix (USDATA) Mondragón Sistemas Aplein Ingenieros, S.A./ Iconics

Factorylink ECS y Xfactory: Gefip: Genesis CE(Pocket) y 32:

Glassmaster Control System: GPAO-SAC: I/A: iFIX 3.5:

IGSS32: Intouch: JUMO SVS-2000: LabVIEW DSC: NI Lookout 5.1: Monitor Pro V7.x: P6008: Pack-Centre: PCVUE 32: Proasis DAS-Win: Processyn: Pyman: Quick SPC: RSView32: Scada-Vs: SIMATIC(WinCC): Symcont: SYSMAC-SCS: Tactician T3500: TCS01: TD-Pro: Test Point: TQWIN: WizFactory:

Mediterranean Import Trade, S.L./ Precise Control Systems Sistemas Avanzados de Control, S.A. Foxboro Intellution(GE Fanuc Automation). Evolución del FIX DMACS 7.0 Creado por: CIM (Computer Integrated Manufacturing), Fisher, Rosemount, Omron/ Intellution AN Consult España,S.L./7-Technologies A/S (DK) Logitek,S.A./ Wonderware Jumo Sercon, S.A. (D) National Instruments (1) National Instruments AEA Technology Foxboro Scada (I) Agecontrol Rasesa Automatismos, S.L./ ARC Informatique Desin Instruments, S.A. OBM de Equipos Eléctricos, S.A./Logique Industrie Pyssa Marposs, S.p.A (I) Rockwell Automation/Rockwell Software Foxboro/ Foxcada (Australia) Siemens (2) Adasoft, S.A. Omron Eurotherm España/ Eurotherm Process Automation (UK) Sistemas Eléctricos Personalizados S.L. Pertegaz, S.L. (I) Instrumentos de Medida, S.L. Vertex Serveis Informàtics, S.L. Wizcon Soft España, S.L./ PC sofá International, Ltd (Israel)

Tabla 1. Fabricantes y distribuidores de software SCADA

2.3.11. Estructura y componentes de un software SCADA Los módulos o bloques software que permiten las actividades de adquisición, supervisión y control son los siguientes:  Configuración: Permite al usuario definir el entorno de trabajo de su aplicación según la disposición de pantallas requerida y los niveles de acceso para los distintos usuarios.

Dentro del módulo de configuración el usuario define las pantallas gráficas o de texto que va a utilizar, importándolas desde otra aplicación o generándolas desde el propio SCADA. Para ello, se incorpora un editor gráfico que permite dibujar a nivel de píxel (punto de pantalla) o utilizar elementos estándar disponibles, líneas, círculos, textos o figuras, con

funciones de edición típicas como copiar, mover, borrar, etc.

También durante la configuración se seleccionan los drivers de comunicación que permitirán el enlace con los elementos de campo y la conexión o no en red de estos últimos, se selecciona el puerto de comunicación sobre el ordenador y los parámetros de la misma, etc.

En algunos sistemas es también en la configuración donde se indican las variables que después se van a visualizar, procesar o controlar, en forma de lista o tabla donde pueden definirse a ellas y facilitar la programación posterior.  Interfaz gráfico del operador: proporciona al operador las funciones de control y supervisión de la planta.

El proceso a supervisar se representa mediante sinópticos gráficos almacenados en el ordenador de proceso y generados desde el editor incorporado en el SCADA o importados desde otra aplicación de uso general (Paintbrush, DrawPerfect, AutoCAD, etc.) durante la configuración del paquete.

Los sinópticos están formados por un fondo fijo y varias zonas activas que cambian dinámicamente a diferentes formas y colores, según los valores leídos en la planta o en respuesta a las acciones del operador. Se tienen que tener en cuenta algunas consideraciones a la hora de diseñar las pantallas: o Las pantallas deben tener apariencia consistente, con zonas diferenciadas para mostrar la planta (sinópticos), las botoneras y entradas de mando (control) y las salidas de mensajes del sistema (estados, alarmas). o La representación del proceso se realizará preferentemente mediante sinópticos que se desarrollan de izquierda a derecha. o La información presentada aparecerá sobre el elemento gráfico que la genera o soporta, y las señales de control estarán agrupadas por funciones. o La clasificación por colores ayuda a la comprensión rápida de la información. Los colores serán usados de forma consistente en toda la aplicación: si rojo significa peligro o alarma, y verde se

percibe como indicación de normalidad, éste será el significado dado a estos colores en cualquier parte de la aplicación.

o Previendo dificultades en la observación del color alguna forma de redundancia, sobre todo en los

debe añadirse mensajes de

alarma y atención: textos adicionales, símbolos gráficos dinámicos, intermitencias, etc.

Figura 9. Ejemplo de una interfaz gráfica de SCADA All-Done Figura 9. Ejemplo de una interfaz gráfica de SCADA All-Done

 Módulo de Proceso: Ejecuta las acciones de mando preprogramadas a partir de los valores actuales de variables leídas.

Sobre cada pantalla se puede programar relaciones entre variables del ordenador o del autómata que se ejecutan continuamente mientras la pantalla esté activa. La programación se realiza por medio de bloques de programa en lenguaje de alto nivel (C, Basic, etc.).

Es muy frecuente que el sistema SCADA confíe a los dispositivos de campo, principalmente autómatas, el trabajo de control directo de la planta, reservándose para sí las operaciones propias de la supervisión, como el control del proceso, análisis de tendencias, generación de históricos, etc.

Las relaciones entre variables que constituyen el programa de mando que el SCADA ejecuta de forma automática pueden ser de los tipos siguientes: o Acciones de mando automáticas preprogramadas dependiendo de valores de señales de entrada, salida o combinaciones de éstas. o Maniobras o secuencias de acciones de mando. o Animación de figuras y dibujos, asociando su forma, color, tamaño, etc., a valor actual de las variables. o Gestión de recetas, que modifican los parámetros de producción (consignas de tiempo, de conteo, estados de variables, etc.) de forma preprogramada en el tiempo o dinámicamente según la evolución de planta. o Gestión y archivo de datos: Se encarga del almacenamiento y procesado ordenada de los datos, según formatos inteligibles para periféricos hardware (impresoras, registradores) o software (bases de datos, hojas de cálculo) del sistema, de forma que otra aplicación o dispositivo pueda tener acceso a ellos.

Pueden

seleccionarse

datos

de

planta

para

ser

capturados

a

intervalos periódicos, y almacenados como un registro histórico de actividad,

o para ser procesados inmediatamente por alguna aplicación software para presentaciones estadísticas, análisis de calidad o mantenimiento. Esto último se consigue con un intercambio de datos dinámico entre el SCADA y el resto de aplicaciones que corren bajo el mismo sistema operativo.

Por ejemplo, el protocolo DDE de Windows permite intercambio de datos en tiempo real. Para ello, el SCADA actúa como un servidor DDE que carga variables de planta y las deja en memoria para su uso por otras aplicaciones Windows, o las lee en memoria para su propio uso después de haber sido escritas por otras aplicaciones. Una vez procesados, los datos se presentan en forma de gráficas analógicas, histogramas, representación tridimensional, etc., que permiten después analizar la evolución global del proceso.

2.3.12. Interfaces de comunicación Es la que permite al PC MTU acceder a los dispositivos de campo, a través de los RTU. Así, la interfaz de comunicación enlazará el MTU con los distintos RTUs del sistema a través del BUS de campo.

Figura 10. Diagrama de conexionado informático de un sistema SCADA

La interfaz de comunicación consta de distintos elementos:

La base del sistema de comunicación es el BUS de Campo que es el que transporta la información y las ordenes de control; éste vendrá definido en función del tamaño del sistema SCADA (número de E/S del sistema), distancias entre RTUs y/o disponibilidad del servicio público de comunicación (para sistemas SCADA de tipo red WAN en interconexión entre distintas plantas).

Los Modems que conectan físicamente los RTUs y el MTU al BUS.

El módulo de comunicaciones contiene los drivers de conexión con el resto de elementos digitales conectados, entendiendo el driver como un programa (software) que se encarga de la iniciación del enlace, aplicación de los formatos, ordenación de las transferencias, etc., en definitiva, de la gestión del protocolo de comunicación. Estos protocolos pueden ser abiertos (ModBus, FieldBus, Map, etc.), o propios de fabricante.

Estos drivers, propios del software SCADA, deben comunicarse con otros paquetes de software por medio de DDE (Dynamic Data Extrange) DLL (Dynamic Link Libraries) como canal de comunicación, implementados por el sistema operativo, que permite que diversos paquetes de software envíen y reciban datos comunes. Por ejemplo se puede relacionar una celda de una hoja de cálculo con una variable del sistema y así variar puntos de consignas del proceso, o bien comunicación directa con los drivers de I/O de los dispositivos de campo.

Figura 11. Diagrama de la arquitectura de los drivers en un SCADA

Adicionalmente, y en los SCADA distribuidos en arquitecturas cliente-servidor, los módulos de comunicaciones son también los responsables del enlace entre los diferentes ordenadores de proceso que soportan la aplicación, enlace probablemente establecido sobre una red local DECnet, TCP/IP, IPX/SOX, NETBIOS, MAP/TOP, Novell, etc.

2.3.13. Tecnologías de integración Microsoft (drivers específicos)

 COM/DCOM COM (Component Object Model): Permite que una aplicación utilice

funcionalidades de otra aplicación residente en la misma computadora, ello se hace incorporando a la aplicación principal objetos software propios de la otra aplicación. DCOM (Distributed COM) supone extender el estándar COM a sistemas formados por redes.  Visual Basic for Applications (VBA)

VBA: Es el lenguaje de programación (basado en scripts) incorporado en las aplicaciones de Microsoft Office y ofrece diversas ventajas. Está muy extendido y es aceptado por diversos fabricantes, por lo que se va convirtiendo en un

estándar "de facto" que presenta una muy buena relación entre potencia, dificultad de aprendizaje y uso. El uso de un lenguaje común también facilita la integración de objetos suministrados por terceros, en la medida que aplican este mismo estándar. Además, permite interactuar directamente con las aplicaciones de Office (Access, Excel, Word), de BackOffice y de otros productos compatibles.  Interfaz OPC OPC (OLE for Process Control): Es el estándar diseñado para comunicar sistemas y dispositivos. Esto incluye tanto las comunicaciones entre un software SCADA y los buses de comunicación con los autómatas, como las

comunicaciones entre una aplicación SCADA y otras aplicaciones como puedan ser las de gestión, abriendo a estas últimas el acceso a los datos de planta, como datos históricos, datos batch, etc. Los productos OPC (Clientes y

Servidores), pueden ser usados con Visual Basic y sus variantes. Es decir, OPC corresponde a un conjunto de especificaciones basadas en los estándares de Microsoft (COM, DCOM, OLE Automation, y ActiveX) que cubren los

requerimientos de comunicación industrial entre aplicaciones y dispositivos, especialmente en lo que se refiere a la atención al tiempo real.

Figura 12. Interfaz OPC Servidor/Cliente

 ActiveX Incorporar un Control ActiveX en una pantalla supone añadir un objeto con código asociado que realiza una determinada función de forma totalmente integrada dentro de la aplicación que estamos tratando, basta con establecer los enlaces necesarios entre las variables de la aplicación y las del Control ActiveX.

Un Control Active X no es un lenguaje de programación, es una pequeña pieza de software, escrita según las especificaciones COM, y tiene propiedades, métodos y eventos. Cuando usted compra un objeto ActiveX en realidad compra una licencia para usar este objeto en su aplicación. Un objeto ActiveX puede ser el servidor o driver de un PLC como SIMATIC (Siemens). Este driver tiene propiedades para definir los datos a ser leídos desde el PLC, métodos para iniciar la lectura de los valores y eventos para informar que los datos han sido recibidos desde el PLC

Existen varios objetos ActiveX que pueden comprarse independientemente para agregarlos a su aplicación SCADA basada en tecnología COM. Tenemos por ejemplo drivers para comunicación con PLC's, DCS, conectividad a bases de datos, reportes, tendencias, símbolos de instrumentos de medición,

selectores, barras indicadoras, etc.  Conectividad remota Web Server (conexión a través de Internet) El trabajo en un entorno Intranet es considerado normal para bastantes proveedores que incluyen funcionalidades de cliente y de servidor de Web.

Algunas de las ventajas de la utilización de Internet en los entornos SCADA son el ofrecimiento de una funcionalidad total, ofreciendo su operatividad a través de cualquier navegador estándar. La información en tiempo real de la planta de

proceso es inmediatamente accesible para cualquier persona autorizada de la organización, esté donde esté, con el coste más bajo.

Figura 13. Configuración Cliente/Servidor para Conexión Remota

Por ejemplo, mediante la herramienta VBScript de Visual Basic usada en el web browser de Microsoft Internet Explorer, se permite que en una aplicación INTRANET dentro de una planta, se pueda construir páginas Web usando controles ActiveX para visualizar datos de planta. Esta aplicación SCADA usa un PLC con servidor ActiveX (OPC) para adquisición de datos, gráficos dinámicos y tendencias (curvas de comportamiento de valores de

procesos) basadas en ActiveX. Los usuarios ven la información en una interface amigable y usan un software modular que integra sus diversos componentes gracias a un lenguaje estándar que tiene la posibilidad de reutilizar los scripts.

Figura 14. Diagramas de la arquitectura OPC

2.3.14. Evolución del software SCADA En lo últimos años ha existido una evolución de los productos software de supervisión y control para PC (SCADA) orientada a ampliar su campo de aplicación. De una supervisión y control iniciales a nivel de máquina o de proceso se ha pasado a una supervisión y control a nivel de planta. De una adquisición y registro de datos orientada a un control de proceso o de línea se ha ampliado su utilidad a proveer información en tiempo real del estado de la planta o de la fábrica.

El software orientado inicialmente a supervisión y control de proceso (máquina, proceso y línea) fue aprovechado para ampliar su utilidad a la supervisión y control de la producción. La adopción de forma generalizada de los estándares COM/DCOM, Active X, OPC y ODBC, entre otros, por parte de la gran mayoría de proveedores facilitaba que los datos adquiridos mediante la aplicación SCADA

estuvieran disponibles para otras aplicaciones como gestión de almacenes, ERP, etc.

Actualmente, diversos proveedores ofrecen módulos específicos orientados al almacenamiento de grandes cantidades de datos, así como servidores de datos capaces de atender consultas de grandes cantidades de datos y que implican tanto a datos recogidos de proceso como a datos

almacenados en otras bases de datos, y aptos para servir a múltiples usuarios, conectados a una red para la gestión y el control de la fábrica.

Por su naturaleza, estos módulos pueden llegar a constituir aplicaciones aptas para trabajar con SCADA de otros fabricantes, servidores de datos históricos y servidores de datos integrados (procedentes de diferentes bases de datos o aplicaciones pero interrelacionados). Entre estos productos podemos citar: IndustrialSQL Server de Wonderware, RSSql de Rockwell Software,

historian de GE Fanuc-Intellution, etc.

Una de las necesidades del resultado de esta ampliación del entorno de aplicación ha sido la necesidad de disponer de herramientas cómodas, simples y potentes para la generación de interfaces de usuario que les permita acceder a la información que es de su interés. Dado que el entorno físico donde se ubican estos usuarios también se amplía, el medio generalizado de comunicación es Internet y la aplicación más común es cualquiera de los navegadores más difundidos.

Por otra parte, es conveniente disponer de herramientas que ofrezcan a cualquier usuario la posibilidad de diseñar y configurar una web específica que les permita dialogar con el sistema de información y obtener los datos necesarios. Un ejemplo de este tipo de aplicación es el infoAgent de GE Fanuc-

Intellution, un software de edición, configuración y activación de portales de Internet que proporciona un servidor y admite múltiples clientes.

Tendencias La madurez de los productos software para la adquisición y registro de datos en tiempo real, la supervisión y control de procesos ofrecen una evolución en los siguientes ámbitos:  Su integración en entornos completos para la gestión del negocio disponiendo de información de planta en tiempo real, control,

tratamiento de datos, supervisión y gestión global de la empresa. La existencia de aplicaciones MES, los servidores de datos y los servidores de web son una prueba de ello.  En el tratamiento de los datos adquiridos en planta por parte de sistemas expertos que ofrecen funcionalidades de detección y diagnóstico de fallos. Son evidentes las ventajas que supone disponer de un sistema experto que, a partir de los datos adquiridos de planta tanto en proceso continuo como discontinuo, pueda aplicar un conjunto de reglas que ayude al personal de operación en planta a detectar los fallos o situaciones delicadas y a tener una diagnosis de las causas que lo provocan, así como conocer cuál es la correcta actuación a seguir.  La mejora de las interfaces con el usuario con el empleo de entornos gráficos de alta calidad, la incorporación de elementos multimedia de audio y vídeo, la mejora de los sistemas operativos para incrementar las velocidades de respuesta, el empleo de software orientado a objeto, con diálogos conversacionales con programador y usuario, etc., todo ello

soportado por un hardware cada vez más compacto, fiable, potente, de mayor ancho de bus y más rápido.

2.3.15. UPS (Uninterruptible Power System)

Es un dispositivo que provee protección contra las Fluctuaciones en el Suministro Eléctrico (Fluctuaciones en el Voltaje; Variaciones en la Frecuencia; Distorsiones de la Forma de Onda); y un Respaldo de Energía para asegurar la continuidad e integridad del proceso y/o operación que se esté ejecutando en cualquier sistema de informática, telecomunicaciones, industrial, etc.

Alimentación AC (bypass)

Carga Crítica
Alimentación AC Rectificador/ Cargador de Baterías Banco de Baterías Inversor Conmutador Estático

Figura 15. Esquema Estructural de un UPS. Fuente propia

Función de la UPS: Filtrar las fluctuaciones de voltaje en la alimentación eléctrica de AC, manteniendo una regulación de tensión a la salida. En caso de interrupciones en la alimentación eléctrica mantener una tensión de salida a la carga critica a proteger.

Topologías en los UPS El standard IEC 62040-3 y el equivalente Europeo ENV 50091-3 definen tres tipos de UPS, los cuales se indican a continuación:

Passive standby: Mejor conocido como UPS standby u offline provee un nivel de protección básico y tiene dos modos de operación. o modo normal: En modo normal la carga es alimentada por la energía eléctrica de la red, la energía se acondiciona de manera muy básica simplemente atenuando los picos de voltaje de cierta intensidad y el ruido en la línea. En operación normal la batería se carga y se mantiene en standby para proveer energía en caso de desconexión eléctrica (blackout). o modo en batería: Durante un corte de energía o en caso de que el voltaje caiga por debajo del rango mínimo de tolerancia, la batería y el inversor entran en operación para asegurar la continuidad en el suministro eléctrico. El tiempo de transferencia, es decir, el tiempo que toma conmutar de modo normal a modo en batería es menor a 5 ms. Las aplicaciones no-críticas de cómputo pueden seguir operando con tales cortes de energía con cierto grado de confiabilidad. o Ventajas: Diseño simple. Tamaño compacto. Bajo costo.

o Desventajas No hay regulación del voltaje en la línea. No hay regulación de frecuencia. No cuenta con acondicionamiento para filtrar armónicos. En modo batería la forma de onda entregada, por lo general, es cuasi-senoidal (cuadrada), con lo cual se tiene una Distorsión Armónica* (THD) cercana al 20% No provee un aislamiento real del resto de la red o Capacidades Típicamente los UPS Standby se diseñan en capacidades que van de los 300 VA a los 1500 VA o Aplicaciones Debido a que ofrecen una protección muy básica, solamente se recomienda usarlos en aplicaciones no-criticas: PCs para el hogar, videojuegos, etc.

Line-interactive: Estos UPS ofrecen un nivel de protección intermedia. El principio de un operación de un UPS line-interactive un muy parecido al del UPS standby. Tiene dos modos de operación o Modo normal: Al igual que en los UPS standby, la carga es alimentada normalmente por la energía de la red. La gran diferencia con respecto a la topología anterior es que el UPS line-interactive en todo momento monitorea el voltaje de la línea y lo acondiciona para mantener a la salida un voltaje regulado.

o Modo en batería: Durante un corte de energía o en caso de que el voltaje caiga por debajo del rango mínimo de tolerancia, la batería y el inversor entran en operación para asegurar la continuidad en el suministro eléctrico. El tiempo de transferencia, es decir, el tiempo que toma conmutar de modo normal a modo en batería es menor a 5 ms. Las aplicaciones no-críticas de cómputo pueden seguir operando con tales cortes de energía con cierto grado de confiabilidad. o Ventajas Regulación constante de voltaje. Elevada relación costo-beneficio. o Desventajas No hay regulación de frecuencia. No cuenta con acondicionamiento para filtrar armónicos. Pobre protección contra picos y sobrevoltaje. En modo batería la forma de onda entregada, por lo general, es cuasi-senoidal (cuadrada), con lo cual se tiene una Distorsión Armónica (THD) cercana al 20%. o Capacidades Tìpicamente los UPS line-interactive se diseñan en

capacidades menores a 5000 VA. o Aplicaciones No se recomiendan para proteger cargas críticas. Sus aplicaciones típicas son: PCs, estaciones de trabajo,

servidores de rango medio, multilíneas, conmutadores, dispositivos de conectividad (hubs, switches), etc.

Double-conversion: También conocidos como UPS Online, estos UPS proveen el mayor nivel protección. Tiene tres modos de operación. o Modo normal: La carga es alimentada por la batería y el inversor, dándose en todo momento una doble conversión en la energía ACDC-AC. Además, la energía pasa por un sistema de

acondicionamiento que provee un nivel máximo de protección idóneo para proteger cargas críticas. o Modo en batería: Durante un corte de energía la batería dejan de cargarse pero éstas y el inversor continúan suministrando energía eléctrica al sistema. El tiempo de transferencia es cero, esto es debido a que la carga es alimentada siempre por la batería y el inversor, lo cual significa que la carga en ningún instante dejará de recibir energía. o Modo by-pass: El UPS se coloca en modo By-pass cuando: Las baterías se encuentren alimentando al sistema y lleguen al voltaje de desconexión, un mal funcionamiento del UPS, o un arranque de una carga crítica conectada con un nivel alto de inrush. Con las condiciones indicadas anteriormente se activa un switch

electrónico, llamado by-pass interno, permitiendo la energizar las cargas desde la red AC sin interrupción.

o Ventajas Aislamiento total de la carga del resto de la red lo cual elimina la posibilidad que alguna fluctuación presente en la red eléctrica incida a la carga. Tiempo de transferencia cero lo que asegura una

alimentación continua de energía. Amplio rango del Voltaje de entrada y precisa regulación del Voltaje a la salida (± 3 típicamente). Regulación de frecuencia. Onda senoidal pura a la salida en todo momento, eliminando los problemas originados por armónicos. La capacidad para adicionar by-pass de mantenimiento aumenta la disponibilidad de los sistemas. Ideal para equipos que tienen que operar 24/365 (24 horas los 365 días del año). o Desventajas Precio relativamente alto. Los equipos >3 kVA requieren ser instalados por técnicos especializados. o Capacidades Se diseñan desde 500 VA hasta sistemas de varios millones de VA. o Aplicaciones Ideales para proteger todo equipo sensible y aplicaciones de misión crítica: Servidores, Redes, Equipos de

Telecomunicaciones, Centros de Datos, Equipo Médico, Procesos Industriales, etc.

2.3.16. Calidad Eléctrica Una buena Calidad Eléctrica, significa tener niveles aceptables de las desviaciones de la energía que alimenta a un sistema, asegurando con ello una operación confiable.

Baja Calidad Eléctrica significa tener un suministro eléctrico que no cumple con los niveles de calidad requeridos para alimentar a los diversos equipos conectados a la red eléctrica, reduciendo el tiempo de vida de los mismos y provocando fallas en los operaciones/procesos.

Algo que vuelve un tanto complejo el tema de Calidad Eléctrica, es el hecho de que lo que para un dispositivo es una buena calidad eléctrica, para otro pudiera no serlo.

De acuerdo con estudios recientes, más del 70% de las perturbaciones eléctricas son originadas dentro de las instalaciones de los usuarios. Las causas son muy diversas [5]:  Diseños inadecuados de las redes eléctricas  Sistemas de tierra deficientes  Conexión de cargas que inducen perturbaciones en la red eléctrica  etc.

En la figura 16 se muestran los diferentes problemas eléctricos que afectan la calidad de energía en un sistema electrico.

APAGÓN (BLACKOUT)

BAJO VOLTAJE INST . (POWE R SAG ) ALTO VOLTAJE IN ST . (POWE R SU RGE )

BAJO VOLTAJE PROL . (UNDERVOLTAGE )

ALTO VOLTAJE PROL . (OVERVOLTAGE)

RUIDO ELÉCTRICO (LINE NOISE )

VARIACIÓ N DE FREC. (FREQUENCY VARIATION) TRANSIENTE . DISTORSIÓN ARMÓNICA (SWITCHING T RANSIENT) (HARMONIC DIST .)

Figura 16. Diferentes Problemas Eléctricos que disminuyen la calidad de energía en la Red Eléctrica

2.3.17. Efectos directos originados por una baja calidad eléctrica
EFECTOS DIRECTOS ORIGINADOS POR UNA BAJA CALIDAD ELÉCTRICA
Pérdida de Información 22% Incendio 4%

Daño al Softw are 14% Maquinaria Pesada Dañada 5%

Interrupción de la Producción 23% Sobrecalentamiento de Cables 9%

Daño al Hardw are 23%

Figura 17. Efectos directos originados por una baja calidad eléctrica. Fuente [5] Sitio web: http://www.pqint.com/espanol/pqboletin.htm “Costos de una baja calidad eléctrica”

2.3.18. Sensores para la medición de la temperatura Para la medición de la temperatura en el parque industrial, existen una serie de sensores, entre ellos mencionamos los siguientes:  Termocuplas  RTD  Termistor  Sensor de estado sólido

A continuación mencionamos una breve descripción del principio básico de operación y características resaltantes de cada uno de los sensores de me dicción de temperatura

Termocuplas: Están formadas por la unión de dos metales distintos, los cuales se encuentran soldados por uno de sus extremos y por el otro extremo se dejan separados. El voltaje que aparece en los extremos de la unión, conocido como

voltaje Seebeck el cual aumenta con la temperatura. La medición de temperatura es relativa, ya que depende de la unión de la temperatura de la unión de referencia [6].

Figura 18. Representación física y partes de una termocupla

Características de las Termocuplas [6] Presentan el más amplio rango de temperatura con respecto a los otros sensores de temperatura. Son resistentes al ambiente. Son exactas. Son sensibles. Autoalimentadas. Bajo costo. Requieren de otro sensor de temperatura. Son menos estables que otros sensores de temperatura.

RTD: Se fundamentan en la variación que experimenta la resistencia de los metales con la temperatura. Siendo esta variación aproximadamente lineal con la temperatura. Uno de los metales más usado para este tipo de detector es el platino (Pt-100), el cual se caracteriza por presentar una resistencia de 100 W a 0ºC [6].

Características de los RTDs [6] Tienen un alcance de medición hasta 800 ºC. Son muy estables. Son muy exactas. Están estandarizadas entre fabricantes. Son costosas. Requieren de alimentación. Tienen baja sensibilidad. Presentan autocalentamiento. Son lentas a los cambios.

Termistores: Resistencia sensible a la temperatura. Semiconductor elaborado a base de óxidos de metales. Tienen un alcance hasta 300 ºC.

La relación entre resistencia y temperatura en un autocalentamiento viene dada por:

RT

RT0[ b (1 / T

1 / T0 )]

Donde T es la temperatura en °K, T0 la temperatura de referencia en °K y b es el coeficiente de temperatura del material. De este autocalentamiento se puede notar la caída fuerte de la resistencia del autocalentamiento con la temperatura. Un autocalentamiento más exacta está dada por:

1 T

A B * Ln( R) C * Ln( R) 3

Donde A, B y C son constantes empíricas determinadas a partir de la curva R vs T tomando tres pares de valores y resolviendo un autocalentamiento con tres incógnitas [6]. sistema de tres

Características de los Termistores [6] Son muy exactos. Son estables. Alta resistencia y sensibilidad. Baja masa térmica, mayor velocidad de respuesta que los RTDs. Estandarización entre vendedores. Requieren de alimentación. Presentan autocalentamiento.

Circuitos de Excitación de Termistores

Figura 19. Diagrama de circuitos de excitación de termistores

Sensor de estado Sólido: Los sensores de estado sólido basan su principio de funcionamiento en las características que presentan las uniones p-n de los semiconductores. Estos sensores tienen circuitos integrados de linealización que producen una salida lineal proporcional a la temperatura. Se consiguen sensores de estado sólido analógicos y digitales. El rango de temperatura se encuentra limitado hasta 150 oC. Una de las ventajas de estos sensores es su sencilla interface. Entre las desventajas se tienen su limitado rango de temperatura, necesitan alimentación, experimentan autocalentamiento [6].

2.3.19. CLASIFICACION DE AREAS RIESGOSAS En gran cantidad de industrias nos encontramos con procesos de alto grado de complejidad y criticidad. Por lo que es necesario instalaciones que posean sistemas de instrumentación de alto rendimiento y eficiencia, a los que se les puedan confiar en todo momento la seguridad de los procesos. En cualquier proceso industrial se utilizan una amplia gama de instrumentos, cuyas características varían según la variable con que se este trabajando, las propiedades físicas de la misma, las características mecánicas de instalación,

expectativas operacionales que se tienen en relación al instrumento, y las características de sitio de operación.

Para facilitar la labor de selección de dichos instrumentos, las áreas operativas en la industria se han clasificado en relación a los riesgos presentes en ellas. Esta clasificación de las áreas riesgosas depende tanto de las propiedades de los materiales usados en el proceso, como de la probabilidad de su presencia en la zona. Basándonos en esta clasificación es posible realizar una selección adecuada de los equipos de seguridad indispensables y de las herramientas de trabajo a utilizar.

El sistema de clasificación utilizado para definir los tipos de áreas se basa en los siguientes criterios:  Para determinar la Clase de área se toma en cuenta la naturaleza del producto que en ella escapa a la atmósfera.  La frecuencia y extensión con las que las mezclas inflamables estarán presentes, se utiliza para definir la División.  Dependiendo de las propiedades químicas del producto liberado a la atmósfera, que determinan específicamente la facilidad con la que este tiende a incendiarse, define el Grupo.

La clasificación de áreas lo que busca es determinar donde la ignición eléctrica puede ser un peligro y cuantificar el nivel de riesgo. Esto implica una evaluación de cada área de la planta en busca de la presencia de una mezcla inflamable. La probabilidad de que el combustible y el aire estén presentes al mismo tiempo puede ser agrupada en divisiones o zonas, así los equipos pueden ser diseñados con el nivel de seguridad adecuado para las divisiones o zonas en las que se deben utilizar.

2.3.19.1. DEFINICION DE LAS AREAS SEGUN SU CLASE
CLASE I Se consideran como clase I, aquellos lugares donde hay o puede haber gases o vapores en cantidad suficiente para producir mezclas inflamables.

CLASE II Las áreas clasificadas como clase II son aquellas en las que están presentes productos como: polvos orgánicos, carbón o metales flamables. Dicho polvo debe estar presente en cantidad suficiente para que el riesgo de una explosión o fuego ocurra, lo que quiere decir que la presencia de cierta cantidad de polvo inflamable en un área no significa que esta sea un área riesgosa clase II.

CLASE III Son aquellos lugares donde existen floras o partículas fácilmente combustibles, dichas partículas pueden estar presentes o no en el aire y la presencia de las mismas representan riesgo de fuego más no de explosión.

2.3.19.2. DEFINICION DE LAS AREAS SEGUN SU DIVISION
DIVISION I En esta división se encuentran aquellas áreas donde existan fugas de gases o vapores en concentraciones inflamables bajo condiciones normales de operación o debido a labores de reparación y mantenimiento. También se considera área de división I a aquellas donde exista la posibilidad de que se liberen gases o vapores en concentraciones inflamables debido a la falla de algún equipo de proceso simultáneamente con una falla en algún equipo eléctrico.

DIVISION II Son consideradas en esta división, aquellas áreas donde se manejan, procesan o almacenan productos inflamables, pero en la que normalmente no existen concentraciones peligrosas. Los productos se deben encontrar en recipientes o sistemas cerrados de los cuales solo pueden escapar en caso de rotura o funcionamiento anormal de los equipos de proceso. También se puede considerar aquellas áreas adyacentes a lugares clase I, división I, donde las concentraciones inflamables de gases o vapores son impedidas, mediante sistemas de ventilación y la falla de dichos sistemas puede dar lugar a la presencia de una atmósfera inflamable. No serán consideradas las áreas en las que tal comunicación sea evitada por sistemas de ventilación adecuados y se hayan previsto dispositivos para evitar la falla de dichos sistemas.

La clasificación expuesta anteriormente se obtuvo del código eléctrico nacional estadounidense (NEC). A continuación se presenta la clasificación según la norma europea IEC.  Zona 0: Lugares donde existen concentraciones de gases o vapores inflamables continuamente o por largos periodos de tiempo bajo condiciones normales de operación.  Zona 1: Lugares donde concentraciones de gases, vapores o líquidos inflamables pueden existir en algunos momentos bajo condiciones normales de operación.  Zona 2: Lugares donde concentraciones de gases, vapores o líquidos inflamables no existen comúnmente bajo condiciones normales de operación.  Zona 10: Lugares donde existe una atmósfera explosiva a causa de

polvos combustibles presentes por largos periodos de tiempo.

 Zona 11: Lugares donde existe una atmósfera explosiva de poca duración a causa de depósitos de polvos combustibles. En el siguiente cuadro podemos observar las equivalencias entre el estándar americano y el europeo.

Figura 20. Cuadro comparativo entre la norma (clasificación de áreas peligrosas) Americana Vs la Europea

2.3.19.3. DEFINCION DE LAS AREAS SEGUN SU GRUPO
Debido a que cada material tiene diferentes propiedades en cuanto a explosión e ignición, cada clase se encuentra dividida en diversos grupos.

GRUPO A Todas aquellas áreas donde existen concentraciones de acetileno, el cual es el material que genera mayores presiones de explosión y por consiguiente deben utilizarse equipos diseñados especialmente para soportar explosiones. Los

equipos para este grupo son de difícil diseño, debido a las condiciones de la atmósfera en la que trabajan.

GRUPO B Todas aquellas áreas con hidrógeno, combustibles y gases que contengan más de un 30 por ciento de hidrógeno o gases que presenten un riesgo similar tales como butadieno, óxido de etileno, oxido de propileno y acrolein. El diseño de cubiertas a pruebas de explosiones es un poco menos riguroso que los del grupo A, debido a que estos materiales producen presiones de explosión un poco menores que el acetileno. Por las altas presiones de explosión y en particular el pequeño espacio entre las superficies de unión, necesaria para prevenir una explosión no existen motores a prueba de explosión listados para el uso en lugares de grupo A y B.

GRUPO C Todas aquellas áreas que contengan etileno, éter etílico o gases/vapores de peligro equivalente, la presión de la explosión generada y el espacio entre los contactos de los equipos a prueba de explosión podrían prevenir la explosión.

GRUPO D Todas Aquellas áreas que contengan propano, acetona, amoníaco, bencina, butano, ciclopropano, etanol, gasolina, hexano, metanol, metano, gas natural, naphtha y gases/vapores de peligro equivalente. Es el más común y existen más equipos disponibles para este que para cualquiera otro.

GRUPO E Todas aquellas áreas que contengan polvos metálicos combustibles, incluyendo aluminio, magnesio y todas sus aleaciones comerciales u otros polvos combustibles que presenten peligro similar en el uso de equipo eléctrico. Estos

polvos tienden a causar recalentamiento en los rodamientos de los motores, si el polvo entra en ellos, estos son buenos conductores eléctricos y si traspasan la cubierta pueden causar una falla eléctrica del equipo. GRUPO F Todas aquellas áreas que contengan polvos combustibles de carbón, incluyendo carbón negro, carbón vegetal, carbón mineral o polvos que hayan sido sintetizados por otros materiales los cuales presenten peligro de explosión. Es necesario un mayor cuidado de la temperatura en la superficie del equipo debido a que estos polvos tienen una temperatura de ignición más bajos que los del grupo E y una capa de un polvo de este grupo tiene un aislante térmico mayor que una capa del grupo E.

GRUPO G Todas aquellas áreas que contengan polvos combustibles no incluidos en los grupos E ó F, incluyendo fluor, granos, madera, plásticos y químicos. Estos no son buenos conductores eléctricos y tienen una capa aislante térmica alta y las más bajas temperaturas de ignición. Por estos los equipos anti-ignición por polvos para el uso en este grupo, deben tener las más bajas temperaturas en su superficie, para prevenir la ignición de una capa de polvo por el calor generado en el equipo. En el siguiente esquema podemos observas las diferentes áreas y su clasificación:

Figura 21. Diagrama esquemático de la clasificación de áreas peligrosas

Capitulo III: Marco Metodológico Selección del SCADA

3.

MARCO METODOLOGICO

En este capitulo se explica la naturaleza de la investigación

y exponen

detalladamente cada una de las variables realizadas para el desarrollo del proyecto, así como los criterios utilizados durante su realización.

3.1. Naturaleza de la investigación

En el marco de la investigación planteada, referida a la elaboración de un diseño de SCADA que permita realizar la supervisión y monitoreo de los parámetros eléctricos y condiciones de funcionamiento de los sistemas de energía confiable UPS instalados en las áreas de proceso de la Refinería El Palito, esto con la finalidad de detectar las condiciones de fallas en los mismos a través del sistema automatizado; este proyecto se define como un trabajo de grado de modalidad de proyecto factible, donde fue elaborada la propuesta de un modelo operativo viable a fin de solucionar el problema planteado.

3.2. Procedimiento del diseño
Para cumplir con los objetivos de este proyecto de grado fueron realizadas una serie de actividades, las cuales hace mención a las etapas requeridas para llevar a cabo el presente proyecto. Dichas actividades están formadas por:

o Levantamiento de información en campo de los equipos UPS instalados en las áreas operacionales de la Refinería El Palito. o Selección del SCADA (esquema de conexión y la forma más eficaz de realizar la interconexión de los sistemas UPS al SCADA). o Diseño del tablero de monitoreo y señales discretas SCADA-UPS.

o Ingeniería de detalles:  Selección de equipos para el monitoreo y adquisición de datos.  Selección de los materiales básicos a requerir para la construcción del SCADA (canalizaciones, cajas de paso, diagrama de trayectoria en canalizaciones y cuantificación de las mismas).     Software de monitoreo. Comunicación en el SCADA.. Interfaz hombre-maquina (HMI). Normas, códigos y estándares las cuales debe cumplir el SCADA. o Diseño de la interfaz grafica del usuario.

3.3. Requerimientos y condiciones las cuales debe cumplir el SCADA

En la actualidad en la REP se encuentran instalados una serie de equipos de Potencia Ininterrumpida UPS con el objeto de dar respaldo en la alimentación

de energía eléctrica de las cargas consideradas críticas como por ejemplo: PLC, consolas, sistemas contra incendio, estaciones maestras, sistemas de telemedición, panel de alarmas e iluminación de emergencia. En tal sentido el presente proyecto de grado propone la elaboración de un sistema automatizado que tendrá la función de monitorear en tiempo real todos los equipos UPS instalados en las áreas operacionales de la REP, dichas plantas están formadas por: Manejo de Crudo y Productos (MCP), Destilación y Especialidades (DyE), Conversión y Tratamiento (CyT) y Servicios Industriales (SI).

El SCADA tendrá la capacidad de monitoreo de las variables y parámetros considerados relevantes, los cuales describen el funcionamiento del UPS, dichos elementos corresponden a: o Condiciones de funcionamiento y operación del UPS. o Condiciones de alarmas y fallas presentes en el UPS. o Parámetros eléctricos medidos a la entrada y salida del UPS. o Medición de la temperatura en el UPS.

Adicionalmente el SCADA tendrá la posibilidad de realizar análisis estadístico y elaboración de gráficas considerando las siguientes variables: o Tiempo de funcionamiento ininterrumpido del UPS en un

determinado periodo de tiempo. o Numero de fallas presentadas en determinado periodo de tiempo.

o Monitoreo constante de los parámetros eléctricos, tanto a la entrada como a la salida de los sistemas UPS (corriente, voltaje, frecuencia y potencia) o Monitoreo constante de la temperatura existente en el interior del UPS.

3.4. Levantamiento de información en campo de los equipos UPS instalados en la REP
Como parte del desarrollo del proyecto fue realizado el levantamiento de información en campo de todos los equipos UPS instalados en la REP, dicha información refleja datos como: o Planta en el que se encuentra instalado. o Identificación del equipo (TAG). o Ubicación específica (sala de control, S/E, CD, etc.). o Capacidad del equipo (KVA). o Fabricante.

o Año de fabricación.
ITEM PLANTA 1 2 3 4 5 6 MCP DyE DyE DyE MCP MCP TAG 01-UPS-1 01-UPSB104 10-UPS-1 40-UPS-01 70-UPS-1 71-UPS-07 FABRICACIÓN NO TIENE 1999 1999 1990 1980 NO TIENE UBICACIÓN ISOBUTANO, C/OPERADORES CRUDO, CD-10 CRUDO, CD-10 BTX, CD-8 BLENDING II ISOBUTANO, S/E 7 KVA Entrada 120Vac, 5,3 1Ø 480Vac, POWERWARE 20 3Ø 120Vac, DATA POWER 2,5 1Ø 480Vac, AEG 20 3Ø 480Vac, AMETEK 20 3Ø 208Vac, LAMARCHE 0,5 2Ø FABRICANTE BEST FERRUPS Salida 120Vac, 1Ø 208Vac 3Ø 120Vac, 1Ø 120Vac, 1Ø 120Vac, 1Ø 208Vac, 2Ø

7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31

DyE MCP MCP SI AIT MCP MCP MCP MCP MCP MCP MCP MCP SI SI CyT CyT CyT SI AIT AIT AIT MCP PyCP CyT

73UPS5A1 75-UPS151 75-UPS21A INVERSOR INVERSOR NO TIENE UPS UPS UPS UPS UPS-1 UPS-2 UPS-UCL23 68UPS - 01 71-UPSI-1 71-UPS1C1 71-UPS1C2 71UPS-25 72-UPS29-01 INVERSOR UPS UPS UPS UPS UPS-A

1999 2001 2001 1997 NO TIENE NO TIENE 2000 1999 1999 NO TIENE 1991 1991 1999 1999 1980 1980 1980 NO TIENE 1999 NO TIENE 2001 NO TIENE NO TIENE NO TIENE 2002

S/E 5A S/E 15 S/E 21 S/E 16 CENTRAL TELEFONICA LLENADERO DE GASOLINA S/E 24 CD 23 S/E 27 TERMINAL MARINO SALA DE CONTROL SALA DE CONTROL S/E 9 S/E 6 PLANTA ELECTRICA SALA DE CONTROL FCC SALA DE CONTROL FCC S/E 25 SALA DE CONTROL EFLUENTES CENTRAL TELEFONICA SALA DE DATOS AIT LABORATORIO UCL-22 (CUARTO FRIO) CECOM PyCP SALA DE CONTROL FCC

CONINPETCA DATA POWER DATA POWER DATA POWER LAMARCHE LIEBERT LAMARCHE ORION DATA POWER DATA POWER DATA POWER DATA POWER DATA POWER DATA POWER AMETEK AMETEK AMETEK DATA POWER DATA POWER RATELCO APC SMARCELL BEST POWERWARE AMETEK

10 1,5 3 5 1 6 10 1,4 2,5 10 25 25 2,5 3 15 20 20 2,5 6 1,2 16 1,5 1,8 5,2 20

480Vac, 208Vac, 3Ø 3Ø 120Vac, 120Vac, 1Ø 1Ø 208Vac, 208Vac, 3Ø 3Ø 208Vac, 130Vdc 3Ø 120Vac, 48Vdc 1Ø 208Vac, 208Vac, 2Ø 2Ø 480Vac, 120Vac, 3Ø 1Ø 120Vac, 120Vac, 1Ø 1Ø 208Vac, 208Vac, 2Ø 1Ø 120Vac, 120Vac, 1Ø 1Ø 480Vac, 208Vac, 3Ø 3Ø 480Vac, 208, 3Ø 3Ø 208Vac, 208Vac, 2Ø 1Ø 480Vac, 120Vac, 3Ø 1Ø 480Vac, 120Vac, 3Ø 1Ø 480Vac, 120Vac, 3Ø 1Ø 480Vac, 120Vac, 3Ø 1Ø 208Vac, 208Vac, 2Ø 1Ø 480Vac, 120Vac, 3Ø 1Ø 120Vdc, 48Vdc 1Ø 208Vac, 240Vac, 2Ø 2Ø 120Vac, 120Vac, 1Ø 1Ø 120Vac, 120Vac, 1Ø 1Ø 208Vac, 208Vac, 2Ø 2Ø 480Vac, 120Vac, 3Ø 1Ø

32 33 34 35

CyT CyT PyCP PyCP

UPS-B UPS-TSI14 INVERSOR UPS

2002 2006 NO TIENE NO TIENE

SALA DE CONTROL FCC SALA DE GABINETES OXIGENADOS AREA Q AREA Q

AMETEK DATA POWER LAMARCHE POERWARE

20 15 1 3

480Vac, 120Vac, 3Ø 1Ø 208Vac, 208Vac, 3Ø 3Ø 120Vac, 24Vdc 1Ø 120Vac, 120Vac, 1Ø 1Ø

Tabla 2. Inventario de equipos instalados en la REP. Fuente propia

Para el SCADA propuesto fueron seleccionados los UPS que se encuentran instalados en áreas de proceso de la REP, es decir, en las diferentes plantas que conforman al complejo refinador y que respaldan cargas críticas de proceso. Para analizar las cargas críticas conectados a cada uno de los equipos de energía confiable, fue extendido el levantamiento de información para identificar las cargas que se encuentran conectadas en cada uno de los equipos que se encuentran en el inventario antes expuesto (ver Tabla 2). A continuación se muestra una tabla donde se indican las cargas conectadas a cada uno de los equipos:

ITEM PLANTA
1 2 MCP DyE

TAG
01-UPS-1 01-UPSB104 10-UPS-1

UBICACIÓN
ISOBUTANO, C/OPERADORES CRUDO, CD-10

CARGAS ASOCIADAS AL SISTEMA UPS
GABINETE DE FIBRA OPTICA, GABINETE JB U34, ENCLUOSURE I/A SERIE, PANEL SACI BOB. HPM 11/12, 13/14, 15/16. ANALIZADOR 10AT010B HORNO, ILUMINACION DE EMERGENCIA EN HORNO B-104 20 YR-01 SECUENCIADOR DE EVENTOS, APM GABINETE 1 FRONT PRIM, APM GABINETE 2 FRONT PRIM, HPM 11/12, FUENTE NIN 51LCN PRIM, FUENTE NIM 52LCN SEC PSA "A", PSA "B", PANEL DE CONTROL G-4303, PANEL DE CONTROL G-4201-A, PANEL DE CONTROL G-4201-B, PANEL DE CONTROL G-4409-A, PANEL DE CONTROL G-4409-B, PANEL DE CONTROL G-2002, DCS I/A FOXBORO "A, B, C , D y E", MONITOR U/V DE LLAMA, SECUENCIADOR DE EVENTOS, SIMCER G2002, SIMCER G-4303, 75UIT-03 CONTROL RADAR TQ 30X7, 75UIT CONTROL RADAR TK 30X8

3

DyE

CRUDO, CD-10

4

DyE

40-UPS-01

BTX, CD-8

5 6 7 8 9 10

MCP MCP DyE MCP MCP SI

70-UPS-1 71-UPS-07 73UPS-5A1 75-UPS-151 75-UPS-21A INVERSOR

BLENDING II ISOBUTANO, S/E 7 S/E 5A S/E 15 S/E 21 S/E 16 CENTRAL TELEFONICA LLENADERO DE GASOLINA S/E 24 CD 23

CONTROLADORES DE VALVULAS, RTU (1, 2, 3, 4), SISTEMA CONTRA INCENDIO, CONSOLA. (SALA DE CONTROL BLENDING II) TELEMEDICION DE LOS TANQUES (330X1, 330X2, 160X1) 7353 PLC PNL 101, 102, 104, 73AT56 PNL 103, 73AT55 PNL 103 ESTACION MAESTRA ROTOR, TELEMEDICION DE LOS TANQUES 50X3 Y 50X4, TBD0123124 (CONTROL SISTEMA CONTRA INCENDIO), TBD01239240 (CONTROL SISTEMA CONTRA INCENDIO). SISTEMA CONTRA INCENDIO S/E 21 Y PANEL DE ALARMA S/E 21 ARMARIO DE REPARTICIÓN, TABLERO DE ALARMAS, REGULACIÓN DE TRANSFORMADORES, MANDO Y CONTROL, TABLERO DE PROTECCIONES, MEDICIÓN, UTR. RACK DE EQUIPOS DE REDES, UPS 500VA, RACK TELEFONICO, MODEMS IMPRESORA, ACULOA, MUEBLES SALA DE CONTROL, PLC, REDES. TABLERO MARCHALING, GABINETE DE FIBRA OPTICA, I/A FOX BORO MVP11 (ARTURITO) ESTACION MAESTRA ROTOR, ALIMENTACION DEL SISTEMA CONTRA INCENDIO CD 23, ESTACION DE BOMBAS, ALIMENTACION DEL CIU 858 TELEMEDICION DE LOS TANQUES (5X5, 1X2, 2/5X1, 20X1, 5X9, 5X11, 80X1, 80X9, 5X6, 1X3, 2/5X2, 2/5X2, 5X8, 5X10, 67X1, 80X2, 170X1), UNIDAD DE INTERFASE DE COMUNICACION GABINETES DE REDES, I/A FOXBORO, EQUIPOS VENETROL, CONSOLAS TERMINAL MARINO, SISTEMA DE CONTROL DE ACCESO

11 12 13 14

AIT MCP MCP MCP

INVERSOR NO TIENE UPS UPS

15

MCP

UPS

S/E 27

16 17 18

MCP MCP MCP

UPS UPS-1 UPS-2 UPS-UCL23 68UPS - 01

TERMINAL MARINO

SALA DE CONTROL SISTEMA DE CONTROL DISTRIBUIDO I/A FOXBORO, CONSOLAS DE MCP, BENTLY NEVADA, SISTEMA HONEYWELL SISCO (CONSOLAS SISCO), SALA DE CONTROL CONTADORES DE FLUJO, GABINETE DE PLC. TELEMEDICION EN LOS TANQUES (30X2, 30X4, 5X1, 5X2, 5X4, 10X1, 70X2, 30X1, 30X8, 30X9, 80X4, 80X6, 30X3, 30X11, 3X1, 5X3, 5X7, 10X2, 25X1, 30X7, 30X10, 80X3, 80X5) TABLERO SISTEMA CONTRA INCENDIO, PLC, 77FIT-01 Y 77FIT-02 (PLANTA FOR SERVICIOS INDUSTRIALES) PANEL DE CONTROL CARGA G-7301-A/ B, CONTROL DE VELOCIDAD DE GENERADOR N-7101/ 7102/ 7103, SECUENCIADOR DE EVENTOS, PANEL DE CONTROL DE CARGA M-7301A, ALIMENTACION 120 VAC A LAZOS FUENTES CALDERAS B-7451/ 7452/ 7453, G-851 (PANEL DE CONTROL COMPRESOR), PLC CALDERA B-7451/ 7452/ 7453

19

MCP

S/E 9

20

SI

S/E 6

21

SI

71-UPSI-1

PLANTA ELECTRICA

22 23

CyT CyT

SALA DE CONTROL FCC TABLEROS DE DISTRIBUCION: 71UPS PANEL-H, 71UPS PANEL-G, 71UPS SALA DE CONTROL PANEL-J 71-UPS1-C2 FCC 71-UPS1-C1

24

CyT

71UPS-25 72-UPS-2901 INVERSOR UPS UPS UPS

S/E 25

TELEMEDICION DE LOS TANQUES (65X1, 65X2, 65X3, 65X4, 65X5, 65X6, 65X7, 65X8, 170X3, 170X4, 170X5, 170X6, 80X7, 80X8, 30X5 Y 230X1)

25

SI

SALA DE CONTROL SISTEMA DE CONTROL I/A FOXBORO, GABINETE DE FIBRA OPTICA, SISTEMA EFLUENTES DE CLORIFICACION EFLUENTES CENTRAL TELEFONICA SALA DE DATOS AIT LABORATORIO UCL-22 CUARTO FRIO CECON EQUIPOS DE COMPUTACION EN LA CENTRAL TELEFONICA SERVIDORES CRITICOS DEL CENTRO DE DATOS ALIMENTADOS DEL LOS TABLEROS DE DISTRIBUCION TUPS-01 (120 VAC) Y TUPS-02 (208 VAC) EQUIPOS DE TELECOMUNICACIONES EN EL LABORATORIO GABINETE DE CONEXIÓN JB-U22: ESTACION MAESTRA ROTORK (MS2205, MS2206). SISTEMA I/A FOXBORO (MVP-03) TORNIQUETE DE ACCESO PORTON PRINCIPAL, CAMARA #6, SISTEMA DE CONTROL DE ACCESO LENNEL, MONITORES Y EQUIPOS DE COMPUTACION EN SALA CECOM PCP, GABINETE RACK MATRIZ DE VIDEO.

26 27 28 29

AIT AIT AIT MCP

30

PyCP

UPS

31 32

CyT CyT

UPS-A UPS-B

SALA DE CONTROL TABLEROS DE DISTRIBUCION #1 Y #2 (HPM DE LAS PLANTAS DE VACÍO, FCC DESTILACIÓN Y ESPECIALIDADES Y FCC), RADIOS DE LAS CONSOLAS SALA SALA DE CONTROL DE CONTROL FCC FCC SALA DE GABINETES OXIGENADOS AREA Q AREA Q HPM 11, 12, 13, 14, 15, 16; ANALIZADOR METANOL, CASETA ANALIZADORES DESTILACION CATALITICA, SISTEMA DILUVIO/C.INCENDIO MDE, CENTRAL DE INCENDIO, SIST. C. INCENDIO ESFERA D-301, DAITRONICS RACK DE EQUIPOS DE REDES, UPS 500VA, RACK TELEFONICO, MODEMS SISTEMA DE CONTROL DE ACCESO AL PERSONAL EN AREA Q (PANEL LENNER),

33 34 35

CyT PyCP PyCP

UPS-TSI-14 INVERSOR UPS

Tabla 3. Identificación de las cargas críticas conectadas a los Sistemas de Energía Confiable de la REP. Fuente propia)

Luego de verificar y analizar en inventario de equipos instalados en la REP, los cuales que se indican en la tabla 2 y adicionalmente realizar una identificación de las cargas críticas que respaldan cada uno de ellos, de acuerdo a la información suministrada en la tabla 3, seleccionamos los equipos a ser incluidos al SCADA, los cuales se indican en la siguiente tabla:

Item 1 2

Identificación UPS UPS A UPS B

Planta CyT

Ubicación S/C FCC S/C FCC

3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

71UPS-C1 71UPS-C2 UPS-1 UPS-2 71UPS-1 40-UPS-1 01-UPS-B104 10-UPS-1 70-UPS-1 73UPS-5A1 UPS-TSI-14

CyT MCP MCP SI DyE DyE DyE MCP MCP CyT

14

72-UPS-29-01 UPS TERMINAL MARINO INVERSOR S/E-16 75-UPS-21A UPS UPS UPS 68UPS - 01 75-UPS-151 01-UPS-1 UPS UPS 71-UPS-07 UPS UPS

SI

S/C FCC S/C FCC S/C MCP y SISCO S/C MCP y SISCO Planta Electrica CD-8 BTX CD-10 CRUDO CD - 10 CRUDO Blending II S/E 5A Sala de Gabinetes de la unidad de Oxigenados Caseta de Operadores Efluentes Edificio Terminal marino REP S/E 16 S/E 21 S/E 27 S/E 25 S/E 9 S/E 6 S/E 15 ISOBUTANO, C/OPERADORES UCL-22 (CUARTO FRIO) Llenadero de gasolina ISOBUTANO, S/E 7 S/E 24 CD 23

15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28

MCP SI MCP MCP MCP MCP SI MCP MCP MCP MCP MCP MCP MCP

Tabla 4. Equipos seleccionados para ser incorporarlos al SCADA de la REP. Fuente propia

Los equipos que no fueron incorporados al SCADA corresponden a los siguientes: ITEM 1 2 3 4 5 6 7 PLANTA AIT AIT PyCP PyCP AIT PyCP AIT UBICACIÓN CENTRAL INVERSOR TELEFONICA UPS LABORATORIO INVERSOR AREA Q UPS AREA Q CENTRAL INVERSOR TELEFONICA UPS CECOM PyCP SALA DE UPS DATOS AIT TAG KVAN 1 1,5 1 3 1,2 5,2 16

Tabla 5. Equipos que no fueron seleccionados para ser incorporarlos al SCADA de la REP. Fuente propia

Los equipos mencionados en la tabla 5, no fueron incluidos al SCADA ya que los mismos no respaldan cargas críticas de proceso en las diferentes plantas de la REP. La aplicación esencialmente de estos equipos es el respaldo de control de acceso y vigilancia en el caso de la dependencia de Prevención y Control de Perdidas (PyCP), y respaldo de equipos servidores, redes y telecomunicaciones en el caso de la dependencia de Automatización Informática y Telecomunicaciones (AIT), las cuales no dejan de ser importantes para la industria, sin embargo, de acuerdo al criterio de selección el cual

establece: “Equipos instalados en las áreas operacionales y que respalden cargas de proceso”, los mismos no fueron seleccionados.

Entre las funciones del SCADA adicionales a las de monitoreo de los parámetros eléctricos y temperatura, se requiere realizar la administración de las señales discretas provenientes de los UPS (contactos secos) y las mismas corresponden a condiciones de alarmas como: o Falla Ventilación o Modo By-pass o Modo Baterías o Sobrecarga o Interruptor de baterías abierto o Positivo a tierra o Negativo a tierra o Bajo voltaje DC o Alarma común

En tal sentido se realizó un estudio en particular de cada uno de los equipos seleccionados y se verificaron las salidas de alarmas existentes de cada uno de ellos, igualmente se detectó que existen equipos que no cuentan con la salidas de alarmas remotas (contactos secos) motivado a que su diseño no fue considerado. En el caso en particular de estos equipos que no cuentan con contactos secos (alarmas), la indicación en el SCADA será inhabilitada.

Como resultado del estudio en los equipos seleccionados, fue elaborada una tabla resumen donde se indica cuales equipos cuentan con contactos secos (alarmas) para ser utilizados en el SCADA propuesto.

Tabla 6. Identificación de disponibilidad para el cableado de contactos seco (alarmas) en la REP. Fuente propia

3.5. Selección del SCADA

El presente proyecto contempla el diseño de un sistema de control, supervisión y adquisición de datos SCADA, con la finalidad de monitorear el funcionamiento de los Sistema de Potencia Ininterrumpida (UPS) instalados en las áreas operacionales de PDVSA - Refinería El Palito.

A través del SCADA propuesto podremos contar con un monitoreo en tiempo real a distancia de los UPS y en caso de presentarse alguna anomalía o falla en uno de ellos estaremos en la capacidad de detectarlo de inmediato y tomar las acciones correctivas de acuerdo al problema planteado.

El SCADA contara con una computadora central HMI (Interfaz HombreMaquina), la cual administrará toda la información proveniente de cada uno de los UPS conectados en el SCADA, dicha información estará formada por:

 Monitoreo y supervisión en tiempo real de Parámetros eléctricos medidos en los equipos instalado en las áreas operacionales de la REP: o Corrientes de entrada/ salida/ baterías (Ient, Isal, Ibat). o Voltajes de entrada/ salida/ baterías (Vent, Vsal, Vbat). o Frecuencia entrada/ salida (Fent, Fsal). o Potencia activa/ reactiva y factor de potencia en la carga conectada al UPS (Vatios, VAR, Cos Ø).

 Modo de funcionamiento y estados de operación del UPS como: o Inversor alimentando la carga (Inversor a carga). o By-pass alimentando la carga (By-pass). o Baterías alimentando la carga (Baterías). Nota: Esta condición será habilitada solo en los casos que el sistema UPS proporcione la señal discreta respectiva de operación (contacto seco).  Estados de alarma y/o fallas en el UPS como: o By-pass. o Sobrecarga. o Falla a tierra en el bus DC (etapa rectificadora). o Falla en ventilación (Alta temperatura en UPS). o Bajo voltaje DC. o Alarma común UPS. Nota: Las condiciones habilitadas dependerán de la disponibilidad del sistema UPS, la cual debe proporcionar la señal discreta respectiva de alarma (contacto seco).  Monitoreo y supervisión en tiempo real de la temperatura estimada en el UPS.

3.5.1.

Arquitectura simple del SCADA propuesto

En dicha arquitectura se visualizan los elementos básicos requeridos para la instalación del SCADA en cada uno de los equipos seleccionados. Dichos elementos involucrados son: o UPS a monitorear. o Sensores para la medición de parámetros eléctricos y de temperatura. o Parámetros a monitorear. o Tablero de monitoreo y señales discretas, la cual cumple función de RTU. o Computador Central (Interfaz Hombre-Maquina HMI). o Cableado requeridos. En la figura 22 podemos observar el esquema simplificado del SCADA, donde se encuentran representados los siguientes elementos: El computador central HMI, el tablero de monitoreo y señales discretas, y variables monitoreadas por el SCADA a un equipo UPS en particular. de comunicaciones y módulos de comunicación

HMI (INTERFAZ HOMBRE-MAQUINA)
Comunicación RS232

MODULO I/O RS485/ 232

TABLERO DE MONITOREO Y SEÑALES DISCRETAS SCADA-UPS
Comunicación RS485 Alimentación AC

ESTACION MAESTRA
V entrada I entrada V salida I salida

Contactos Secos UPS Monitoreo de Temperatura V batt I batt

ENTRADA

SALIDA

UPS

CARGAS CRITICAS

Figura 22. Esquema simple del SCADA propuesto para el monitoreo de los UPS instalados en la REP Fuente propia

3.5.2. Esquema de interconexión entre los diferentes equipos UPS al SCADA

A continuación se representa la distribución e interconexión mas eficaz para las comunicaciones de los equipos a ser incorporados al SCADA de acuerdo a la distribución física existente, mejor distribución de acuerdo al área geográfica (grupos de equipos cercanos) y mínimo cableado para comunicaciones.

En la figura 23 se aprecia la arquitectura e interconexión del SCADA propuesto para el monitoreo de los UPS instalados en la Refinería El Palito PDVSA, detallando las longitudes aproximadas entre las distintas S/E eléctricas donde se prevee instalar el nuevo SCADA-UPS.

Edificio Terminal Marino

Caseta Op. Efluentes 465 m 365 m

170 m 250 m

300 m Sala de Control MCP Blending II

S/E 5A

S/E 27 UCL 22
Modulo HUB+Repetidor

250 m

CD 23 1 2

300 m Sala de Control de FCC 230 m

S/E 25
150 m

Llenadero de gasolina

500 m

295 m

350 m

180 m

CD 8

3
150 m
RS-232

Modulo HUB+Repetidor

Modulo HUB+Repetidor

320 m

S/E 9
Modulo HUB+Repetidor

S/E 1
350 m

Modulo Convertidor RS-485/ RS-232

Tablero Principal SCADA

Sala de Gabinetes Oxigenados

300 m

HMI

RS-232
Modulo Convertidor RS-485/ RS-232

Área Norte REP Área Sur REP S/E 24
300 m

CD 10

4
600 m

S/E 6

Sala de Control de Servicios Industriales
Caseta Op. Isobutano 150 m 300 m

Modulo HUB+Repetidor

550 m

S/E 16 S/E 7
Modulo Repetidor

1000 m

S/E 15

S/E 21

Nota: Las dimensiones indicadas en el diagrama corresponden a la medición realizada en el área especifica mediante la utilización de un odómetro y están representadas en metros (m)

Figura 23. Arquitectura e interconexión del SCADA propuesto para el monitoreo de los UPS instalados en la REP. Fuente propia

En la figura 24 se muestra además de la arquitectura del SCADA, la numeración de los lazos de comunicación establecidos en el proyecto, los cuales serán utilizados en la fase de diseño de la canalización y cableado de comunicaciones.

Edificio Terminal Marino

Caseta Op. Efluentes

S/E 5A

Sala de Control MCP

Blending II

2.1.2.2

2.1.2.1

S/E 27 UCL 22
Modulo HUB+Repetidor

CD 23
2.2

1 2
Modulo HUB+Repetidor

S/E 25
Sala de Control de FCC

Llenadero de gasolina

2.1.1

2.1

CD 8 S/E 9
Modulo HUB+Repetidor

3
RS-232
Modulo Convertidor RS-485/ RS-232

Modulo HUB+Repetidor

Tablero Principal SCADA

2.1.2

S/E 1
HMI
RS-232

Sala de Gabinetes Oxigenados

Área Norte REP Área Sur REP S/E 24

CD 10

Modulo Convertidor RS-485/ RS-232

4

S/E 6

Sala de Control de Servicios Industriales
Caseta Op. Isobutano

4.1

Modulo HUB+Repetidor

S/E 15

S/E 16 S/E 21 S/E 7
Modulo Repetidor

4.2

Figura 24. Diagrama esquemático de los lazos de comunicación del SCADA propuesto para el monitoreo de los UPS instalados en la REP. Fuente propia

3.5.3. Distribución y ubicación de los equipos UPS instalados en la REP

En la figura 25 se representa la ubicación física de los equipos UPS instalados en la REP, igualmente se observa el área geográfica que abarca el SCADA propuesto para la Refinería El Palito, el cual se extiende desde el área norte hasta el área sur de la autopista Morón – Puerto Cabello.

Figura 25. Ubicación de los equipos UPS instalados en la REP, los cuales fueron seleccionados para ser incluidos al SCADA. Fuente propia

3.6. Diseño del Tablero de Monitoreo y Señales Discretas SCADA-UPS

Como parte de los equipos que se requieren para instalar el SCADA, se encuentra el Tablero de Monitoreo y Señales Discretas SCADA-UPS, donde estarán ubicados los siguientes elementos:

o

Fuente de alimentación de todos los módulos de comunicación y adquisición de datos a instalarse en el tablero.

o Medidores y analizadores de red. o Modulo controlador (local) principal del tablero de monitoreo y señales discretas SCADA-UPS. o Modulo administrador de Señales Discretas (contactos secos). o Módulos HUB (Concentrador) para puerto de comunicación RS-485. o Módulos repetidores para puerto de comunicación RS- 485, en caso de presentarse dimensiones en el cableado superior a 4000 Pies, sin interconexiones de módulos HUB. o Modulo convertidor para el monitoreo de la temperatura en el UPS y banco de baterías, mediante una RTD. o Bornera de interconexión. o Indicaciones luminosas (luces pilotos), a ser instaladas en el panel frontal del tablero. Las mismas indicaran condición normal y de falla del sistema de control local.

En la figura 26 se muestra el esquema modular de los elementos que conforman al Tablero de Monitoreo y Señales Discretas, donde se detallan los elementos de adquisición de datos a ser instalados en el tablero.

DIAGRAMA MODULAR DE LOS ELEMENTOS QUE CONFORMAN AL TABLERO DE MONITOREO Y SEÑALES DISCRETAS
Salida Entrada
RS-485 (2 hilos)

comunicación RS-485 Controlador (local) Analizador de red AC (entrada) Analizador de red AC (salida)

(2 hilos)

Modulo entrada analógica para medición de DC

Modulo entrada analógica para medición de temperatura

Modulo entrada digital para contactos secos UPS

Vac

Iac

Vac

Iac

Vbatt

Ibatt

RTD 1 RTD 2

Contactos secos

Fuente de Poder

Tablero de Monitoreo y Señales Discretas SCADA-UPS

Figura 26. Diagrama modular de los elementos que conforman al tablero de monitoreo y señales discretas. Fuente propia

En la figura 27 se muestra la vista exterior del tablero de monitoreo y señales discretas del SCADA, donde se aprecia los paneles frontales de los dos (2) analizadores de redes AC (entrada/ salida) y lámparas de indicación luminosas de estado de funcionamiento del tablero, entre otras cosas.

200

580

TABLERO DE MONITOREO Y SEÑALES DISCRETAS

OPERACIÓN DEL TABLERO

PL
VERDE

CONDICION NORMAL CONDICION DE FALLA

PL
ROJA

PB

PRUEBA DE LED

750

ANALIZADOR DE RED ENTRADA AC

ANALIZADOR DE RED SALIDA AC

VISTA LATERAL

50

VISTA FRONTAL

Figura 27. Diseño del tablero de monitoreo y señales discretas (vista lateral y frontal). Fuente Propia

En la figura 28 se muestran los elementos que conforman al tablero de monitoreo y señales discretas, así como la distribución física de los mismos en el interior del tablero. Entre los elementos encontrados tenemos los módulos de adquisición de datos (controlador o 7188XG, M-7019R, M-7015, M-7050D), espacio de reserva y/o módulos de comunicación (I-7513 y I-7510), fuente de poder, borneras de conexión, breakers de alimentación y canaletas para el cableado.

MODULO DE ADQUISICION DE DATOS
CONTROLADOR

M-7019R

M-7015

M-7050D

INTERRUPTOR PRINCIPAL

CANALETA MODULO DE COMUNICACIONES
I-7513 I-7510

FUENTE DE ENERGIA 24VDC

CANALETA

CANALETA

SALIDA (CABLEADO DE COMUNICACIÓN EN PROTOCOLO RS-485)

LLEGADA DE ALIMENTACION AL TABLERO 120 VAC (PROVENIENTE DE LA SALIDA DEL UPS)
BORNES DE ALIMENTACION

CANALETA

BARRA DE PUESTA A TIERRA

BORNERAS DE CONEXIONADO ENTRE EL CABLEADO INTERNO Y EXTERNO

AC

LLEGADA DE CONDUCTOR DE PUESTA A TIERRA

LLEGADA DE SEÑALES DEL UPS (TENSION, CORRIENTE, TEMPERATURA, CONTACTOS SECOS, ETC.)

Figura 28. Diseño del tablero de monitoreo y señales discretas (vista interior). Fuente propia

3.7. Ingeniería Básica
3.7.1. Selección de equipos sensores de medición a requerir:  RTD para la medición de la temperatura interna de los UPS y bancos de baterías (de acuerdo sea el caso).  Transformadores de corriente (TC), para monitorear la corriente tanto a la entrada del UPS, como a la salida del mismo.  Shunt, para monitorear la corriente DC que circula a través del banco de baterías del UPS.

3.7.2. Selección de equipos de medición a requerir: A continuación se mencionan los equipos que se requieren para la instalación del SCADA propuesto:  Computador Maestro (HMI).  Modulo conversor E/S de RS-485 a RS-232, para realizar la comunicación hacia la Interfaz Hombre-Maquina (HMI).  Tableros de monitoreo y señales discretas del SCADA-UPS. Entre los elementos importantes que conforman al Tablero de monitoreo y señales discretas SCADA-UPS, podemos encontrar lo siguiente: o Fuente de poder para la alimentación de los accesorios y módulos de adquisición de datos y comunicación del tablero. o Modulo de entrada analógica para el monitoreo de la temperatura, utilizando RTD como sensores. o Modulo de entrada analógica para la medición de la tensión y corriente en el banco de baterías de UPS.

o

Modulo de señales discretas, para el monitoreo de alarmas provenientes del UPS (contactos secos de alarmas) y señalización del funcionamiento del tablero.

o

Equipo de medición y analizador de redes en AC, tanto para el monitoreo de la entrada como de la salida del UPS.

En la figura 29 se observa la interconexión entre los diferentes módulos de adquisición de datos con los elementos sensores para el monitoreo de las variables consideradas en el SCADA propuesto.
FASES A B C

TC (A)

ANALIZADOR DE REDES (ENTRADA)

ENTRADA

TC (B) TC (C)

MODULO SEÑALES DISCRETAS (CONTACTOS SECOS UPS)

UPS
RTD

SHUNT
MODULO SEÑALES ANALOGICAS CORRIENTE Y VOLTAJE EN BATERIAS

BATERIAS
RTD

DIVISOR DE VOLTAJE
MODULO MEDICION DE TEMPERATURA

SALIDA

TC (A) TC (B) TC (C)

ANALIZADOR DE REDES (SALIDA)

CARGA

Figura 29. Esquema de interconexión de los elementos de adquisición de datos con los sensores de las variables a monitorear. Fuente propia

Adicionales en caso de ser requeridos por razones especiales como: Longitud máxima permitida para el lazo de

comunicación (4000 Pies) y/o la convergencia de uno o varios sub-lazos de comunicación. o Modulo repetidor para la comunicación RS-485, cuando la distancia supere la longitud máxima permitida. o Modulo HUB para la convergencia de varios sub-lazos en un determinado tablero.

Para el desarrollo del presente proyecto fue tomada como referencia para la selección de los módulos de adquisición de datos y de comunicaciones la marca comercial ICP DAS (Industrial Control Products & Data Acquisition Systems), la misma representa una empresa especializada en equipos de control y adquisición de datos a nivel mundial.

A continuación se indican los módulos seleccionados de acuerdo a esta marca comercial tomada como referencia (ICP DAS): Módulos de controlador local:  7188XG: Modulo controlador local del tablero ó un (1) dispositivo PLC programable en MODBUS con dos (2) puertos de comunicación RS-485 (esclavo – maestro).

Módulos de adquisición de datos:  M-7051D: Modulo de entrada digital, para procesar las señales discretas provenientes de los contactos secos de las alarmas en

los equipos UPS que tengan esta disponibilidad y adicionalmente la señalización de funcionamiento del tablero de monitoreo y señales discretas.  M-7015: Modulo de entrada analógica, para realizar el monitoreo de la temperatura a través de una RTD.  M-7019R: Modulo de entrada analógica, para el monitoreo de los parámetros eléctricos (tensión y corriente) en el banco de baterías.

Módulos de comunicación:  I-7520: modulo convertidor de puerto de comunicación RS-485 a RS-232.  I-7513: Modulo HUB para la concentración de varios lazos ( 1M Ohms Isolation Voltage : 3000Vdc Power Supply: o Input Voltage Range : +10 ~ +30Vdc o Power Consumption : 1.1W

Internal I/O Structure

22. M-7015: MODULO DE ENTRADAS ANALOGICAS PARA EL MONITOREO DE LA TEMPERATURA, UTILIZANDO RTD (CONTINUACION)
Input Type 2 Wire of RTD 3 Wire of RTD

Type Code 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 2A 2B 2C 2D 2E 2F 80 81

RTD Type Setting (TT) RTD Type Platinum 100, α= 0.00385 Platinum 100, α= 0.00385 Platinum 100, α= 0.00385 Platinum 100, α= 0.00385 Platinum 100, α= 0.00391 Platinum 100, α= 0.00391 Platinum 100, α= 0.00391 Platinum 100, α= 0.00391 Nickel 120 Nickel 120 Platinum 1000, α= 0.00385 Cu 100 at 0°C,α= 0.00421 Cu 100 at 25°C,α= 0.00427 Cu 1000 at 0°C,α= 0.00421 Platinum -100, α= 0.00385 Platinum -100, α= 0.003916 Platinum -100, α= 0.00385 Platinum -100, α= 0.003916

Temperature Range °C -100 ~ 100 0 ~ 100 0 ~ 200 0 ~ 600 -100 ~ 100 0 ~ 100 0 ~ 200 0 ~ 600 -80 ~ 100 0 ~ 100 -200 ~ 600 -20 ~ 150 0 ~ 200 -20 ~ 150 -200 ~ 200 -200 ~ 200 -200 ~ 600 -200 ~ 600

23. M-7019R: MODULO DE ENTRADAS ANALOGICAS PARA EL MONITOREO DE LOS PARAMETROS ELECTRICOS (TENSION Y CORRIENTE) EN BATERIAS
PIN Assignment

24.

Specifications & Additional Information
Input Type: mV, V, mA, Thermocouple Voltage range: o ± 15mV, ± 50mV, ± 100mV, ± 150mV, ± 500mV, ± 1V, ± 2.5V, ± 5V, ± 10V Current range: ± 20mA (jumper selectable) Thermocouple Range : Type J, K, T, E, R, S, B, N, C, L, M, L2 Resolution : 16-bits Sampling Rate : 8 samples/second (Total) Accuracy : ±0.15% -3dB BandWidth : 5.24Hz Common Mode Rejection : Typical 86dB Voltage Input Impedance : >2M Ω Current Impedance = 125 Ω, 1/4w Isolation Voltage : 3000Vdc Over voltage protection: 240Vrms Power Supply o Input: +10 to +30Vdc o Consumption :1.2W

Internal I/O Structure

25. M-7019R: MODULO DE ENTRADAS ANALOGICAS PARA EL MONITOREO DE LOS PARAMETROS ELECTRICOS (TENSION Y CORRIENTE) EN BATERIAS (CONTINUACION)
Input Type Voltage Input

Current Input

Thermocouple Input

26. M-7045D: MODULO SALIDAS DISCRETAS SOLO PARA LA SEÑALIZACION LUMINOSA DE FUNCIONAMIENTO DEL TABLERO DE MONITOREO Y SEÑALES DISCRETAS SCADAUPS: CONDICION NORMAL/ CONDICION DE FALLA.
(OPCIONAL PARA LOS TABLEROS QUE NO REQUIEREN EL MODULO I/O DIGITAL M-7050D, COMO LOS TIPO A, B y E) PIN Assignment

Specifications & Additional Information
External Voltage: 10 to 40V max. Output current: 650mA per channel Isolation Voltage: 3750V Power Supply: o Input Power: 10 ~ 30Vdc o Consumption : 0.6W for M-7045 1.5W for M-7045

Output Type

back

27.

RELE MEDIDOR DE CALIDAD DE ENERGIA PQM

28.

ESPECIFICACIONES TECNICAS DEL PQM

29. UBICACIÓN Y DISTRIBUCION DE LOS EQUIPOS UPS INSTALADOS EN LA REP 30. 31. 32. 33. 34. 35. 36. 37. 38. 39. 40. 41. 42. 43. 44. 45. 46. 47. 48.…...

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