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Siemens SCOA-SECASiemens PG IE S
© SIEMENS AG 2015 All Rights Reserved
Sistema de Control Avanzado , Segregación de Carga y gestión de plantas de generación de energía
Siemens SCOA-SECASiemens PG IE S
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I Introducción
II Objetivos del Sistema
III Anatomía de una falla
IV Solución SCOA / SECA
V Descripción breve
VI Ejemplos
VII Beneficios
VIII Gestión de plantas (Fleet Management)
Sistema de Control Avanzado , Segregación de Carga Índice de Presentación
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I Introducción
Sistema de Control Avanzado y Segregación de Carga
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Hagamos un viaje rápido por el TIEMPO
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1960 1970 1980 1990 2000
Hidráulico -Neumático
Analogo Digital PC-based Web-based
2005
Evolución de los sistemas de control
1916
Central computers Distributed Control
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La primera generación (bulbos, tubos al vacío)(1940 – 1956)
Las primeras computadoras, empleaban bulbos para los circuitos lógicos y para almacenamiento de memoria se empleaban bobinas magnéticas. El tamaño de los cuartos para su ubicación era enorme, así como la cantidad de consumo energético, el lenguaje maquina era de bajo nivel, estas computadoras solo podían resolver un problema a la vez.
Figura 1: Univac, Census of Bureau 1951
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La segunda generación, la época del transistor(1956 – 1963)
El transistor reemplazo a las bulbos, a pesar que este dispositivo se creo a partir de1947, su difusión fue a partir de 1950, el lenguaje maquina evoluciono de lenguaje binario simple a lenguaje simbólico o de ensamblador, la memoria era por medio de tarjetas perforadas y cintas magnéticas
Figura 2: Transistor de efecto de campo (cortesia Alpha & Omega) (potencia en drones)
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La tercera generación, la época del circuito integrado(1964 – 1971)
La integración de circuitos es la etapa distintiva de esta generación, los transistores con semiconductores miniaturizados. Distintivo fue la interacción ya con teclado, monitor y programas centralizados
Figura 3: Circuito básico de RC (Cortesía Alpha & Omega)
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La cuarta generación, la época del microprocesador(1971 al presente)
Los microprocesadores dieron inicio a la cuarta generación, miles de circuitos integrados han sido integrados en un solo chip, lo que antes ocupaba un cuarto completo ahora cabe en la palma de la mano. Distintivo, portabilidad, alta capacidad de almacenamiento, alta eficiencia y altas velocidades de procesamiento y de calculo, la programación comienza a ser orientada a objetos.
Figura 4: Micontrolador de vuelo (cortesia de DJI)
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La quinta generación, inteligencia artificial(2015 - ????)
A pesar de los avances, la quinta generación continua en desarrollo, esta se basa en inteligencia artificial, incluyendo reconocimiento de voz, superconductores, procesamiento paralelo, computación cuántica y nanotecnología, el fin de todo ello es que los dispositivos respondan al lenguaje natural e interactúen con los seres humanos en forma símil.
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1980 1990 2000 2010 20201985 1995 2005 2015
Introducción al mercado Producto descontinuado
Periodo de retiro del producto
HoyProducto obsoleto
SIMATIC N,H, P, S3/ S5 / PLC
.
SIMATIC S7 / PLC
POWER CC/ SCADA
TELEPERM MEA
SIMATIC PCS7
TELEPERM XP (SPPA-T2000)
SPPA T3000
* Versiones Nuevas necesarias para seguir los cambios tecnológicos (IT) y funcionales
2008 Instalaci2008 Instalacióón CFE n CFE TuxpanTuxpan
PEMEX SalamancaPEMEX SalamancaIncorporaciIncorporacióón n
IEC 61850IEC 61850
PEMEX MaderoPEMEX MaderoPEMEX CadereytaPEMEX Cadereyta CFE TGCFE TG’’ss
CFE Manzanillo IICFE Manzanillo II
Introduccion Introduccion IntegradoresIntegradores
Introduccion DistribuidoresIntroduccion Distribuidores
1
2
3
4
Proyectos HidroelProyectos Hidroel ééctricosctricos(Iniciales por tipo de tecnolog(Iniciales por tipo de tecnolog íía)a)
1 CH Aguamilpa SINAUT S52 CH Infiernillo3 CH Bacurato 4 CH El Cajón5 CH La Yesca
5
19701960
Sistema de Control Avanzado y Segregación de Carga
Tecnologías de Control Siemens
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El Sistema de Control Operacional Avanzado (por sus siglas conocido como SCOA), es un sistema de control instalado en las refinerías de PEMEX. Este sistema, esta constituido por cuatro partes principales que son:
a)Las tecnologías de sistemas de control distribuid o propietarias de SIEMENS con las familias de control Teleperm ME (90 ’s), Teleperm XP (97-2002) (T2000) y SPPA-T3000 (2008…). El sistema actual es el sistema SPPA-T3000.
Sistema de Control Avanzado y Segregación de Carga
Historia, actualidad y constitución
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b) Las tecnologías de sistemas de control basados en PLC´s propietarias de SIEMENS con las familias de control SIMATIC S5 (90´s –2003), SIMATIC S7 (2003…). El sistema actual, cons iste en m ódulos de tecnología SIMATIC S7 que se han integrado con la t ecnología SPPA-T3000.
Sistema de Control Avanzado y Segregación de Carga
Historia, actualidad y constitución
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c)Las estrategias de control avanzado (SCOA) para plantas de generación termoeléctrica convencional con combustible fósil, basadas en la experiencia de SIEMENS para los sistemas de control distribuido propietarias de las familias de control Teleperm ME, Teleperm XP y SPPA-T3000. El sistema actual es el sistema SPPA-T3000.
Sistema de Control Avanzado y Segregación de Carga
Historia, actualidad y constitución
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d) Las estrategias de control lógico y analógico para plantas de generación termoeléctricas convencional con combustible fósil, basadas en la experiencia de Siemens para los sistemas de control lógico y analógico con las familias de control Siemens SIMATIC S5 y SIMATIC S7.
Sistema de Control Avanzado y Segregación de Carga
Historia, actualidad y constitución
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Las tecnologías de sistemas de control distribuido Teleperm ME (MEA), Teleperm TXP y actualmente T3000), se instalaron para controlar en forma coordinada los siguientes sistemas:
a) Calderasb) Turbinasc) Generadoresd) Sistemas de combustiblese) Agua de alimentación f) Estaciones reductorasg) UDA (solo Minatitlan).
Sistema de Control Avanzado y Segregación de Carga
Equipos y sistemas funcionales donde se instalo la tecnología
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Las tecnologías de sistemas de control con PLC´s propietarias de Siemens con las familias de control Siemens SIMATIC S5 y actualmente SIMATIC S7. Se instalaron y actualmente se están modernizando para controlar en forma coordinada los siguientes sistemas:
a) Plantas de tratamiento de aguasb) Torres de enfriamientoc) Monitoreo y (comando de disparo) de subestaciones eléctricas (en su origen para balance de consumo y segregación)d) Limpieza de condensadoe) Pozos
Sistema de Control Avanzado y Segregación de Carga
Equipos y sistemas funcionales donde se instalo la tecnología
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Sistema de Control Avanzado y Segregación de Carga
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SPPA-T3000 architecture
Thin Clients
Built-inWeb server
(Java / xml)
Data
Presentation Tier
Processing Tier
Data Tier
Three-tier architecture
UserInterface
Fault TolerantServer
ProcessInterface
Sistema de Control Avanzado y Segregación de Carga
Arquitectura a bloques del sistema SPPA-T3000
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OperationAll information available
at a glance for easy plant operation
DiagnosticsBuilt-in diagnostics with-out additional equipment
for optimized maintenance strategies
ArchiveSecure lifetime archiving
for plant changes and asset management
EngineeringIntegrated engineering for
fast configuration and modification
AlarmTroubleshooting at your
fingertips with customized trip reports, alarm summary displays and event reports
FieldIntegrated process inter-
face for field device com-munication
Sistema de Control Avanzado y Segregación de Carga
El sistema de componentes embebidos, corazón del T3000
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Servidor de aplicaciones
Clientes ligeros
Distributed Control System
Red IEC 61850
Control de bahias con conexión directa a SPPA-T3000
Bus de aplicaciones
Bus de automatización
Servidores deautomatización
Sistema Experto Eléctrico
El sistema de control distribuido, mas allá del cont rol del proceso, el puente a los sistemas eléctricos
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Desplegados de planta con
asistencia al operador
Registro de turnos y de control de
tareas
Aplicación de diagnosticos – Manejo de
activos
Listas de alarmas con “Diagnosticos
recomendados”
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II Objetivos del Sistema
Sistema de Control Avanzado y Segregación de Carga
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Generar energía que garantice la producción continua y segura de la Refinería .
Uso de la red eléctrica nacional “CFE” comorespaldo y estabilizador de frecuencia, evitandopérdidas de producción por fallas en la red.
Alta disponibilidad y estabilidad de la planta defuerza y los servicios auxiliares .
Empleo óptimo de combustibles. (Balance de Consumos)
Reducción de costos operativos para la generaciónde vapor y energía eléctrica (balance de consumos).
Sistema Avanzado para una Gestión Segura de la Energía
Objetivos Sistema SCOA / SECA
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III Anatomía de una falla
Sistema de Control Avanzado y Segregación de Carga
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En cualquier instalación de generación de energía o de procesos de transformación, la detección de un disturbio y la acción para minim izar los efectos del mismo son prioritarios , es de suma importancia además el registro, el rastreo y ubicación del mismo, ya que con ello se pueden encontrar los factores causales del disturbio.
Luego entonces y en seguimiento a la teoría del control, el sistema SCOA busca m áxima la robustez del sistema de las plantas de gen eración , por ello, es importante realizar un breve análisis que denominamos la anatomía de una falla, misma que analizamos a continuación.
Sistema de Control Avanzado y Segregación de Carga
Anatomía de una falla
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Sistema de Control Avanzado y Segregación de Carga
Anatomía de una falla
Paro deRefinería
Acción deOperadory control
para demanda
Déficit deEnergía,
límites de Operación
Acciones decontrol y dedesconexión
manual
Protecciones:Eléctricas,Mecánicas
Condiciónnormal
Falla deequipo
Paro deplantas
Riesgo a laproducción
Esquema tradicional
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Sistema de Control Avanzado y Segregación de Carga
Anatomía de una falla
La Situación
Riesgo de Paro Total
Operador saturadode alarmas
Análisisno orientado alproceso
Segregación
NewFault
NewFault
Falla
Activación Manual deReservas
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IV Solución SCOA / SECA
Sistema de Control Avanzado y Segregación de Carga
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Sistema de Control Avanzado y Segregación de Carga
Concepto SCOA / SECA
PROCESOPROCESOPROCESOPROCESO
ACCION ALPROCESO
ACCION ALPROCESO
Dispositivosde controlen todas lasáreas
Dispositivosde controlen todas lasáreas
REGULAR ANTESDE SEGREGAR
REGULAR ANTESDE SEGREGAR
MEDICION DECONSUMO ENTIEMPO REAL
MEDICION DECONSUMO ENTIEMPO REAL
Generación vs. ConsumoGeneración vs. Consumo
BALANCEDE ENERGIABALANCE
DE ENERGIA
SECUENCIA DEDESCONEXIONPROGRAMABLE
SECUENCIA DEDESCONEXIONPROGRAMABLE
Análisis deprioridadesInteracción con el Operador
Análisis deprioridadesInteracción con el Operador
PRIORIDADPRODUCCIONPRIORIDAD
PRODUCCION
DETECCION DEPERTURBACIONES
DETECCION DEPERTURBACIONES
Falla CalderaFalla TGEnlace conCFE
Falla CalderaFalla TGEnlace conCFE
GRADO DESEVERIDADGRADO DESEVERIDAD
MEDICION DEGENERACIONELECTRICA Y
VAPOR
MEDICION DEGENERACIONELECTRICA Y
VAPOR
Generación ActualGeneración Actual
RESERVADISPONIBLERESERVA
DISPONIBLE
SUPERVISION YEVALUACION
DE ESTADO DELA PLANTA
SUPERVISION YEVALUACION
DE ESTADO DELA PLANTA
CAPACIDADDISPONIBLECAPACIDADDISPONIBLE
Limitación de CargasAuto / ManualOperación SincronizadaDisponibilidad(Caldera, TG, Reductoras)
Condición de Operación
Limitación de CargasAuto / ManualOperación SincronizadaDisponibilidad(Caldera, TG, Reductoras)
Condición de Operación
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Sistema Avanzado para una Gestión Segura de la Energía
Concepto SCOA / SECA: Esquema de Control de Fallas
SCOA / SECA
3. Intervención:Análisis orientado alProceso
4. Intervención:Segregación orientadaal Proceso
El resultado:Proceso en Balance Falla
1. Intervención:Controles Maestros
2. Intervención:Control de Transferenciade Carga
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SECASistema Avanzado de
Segregación de Cargas Eléctricas y de Vapor
Planta de FuerzaSub. EléctricasPlantas de Proceso,Sección de reconfiguracióny existentes de la RefineríaMediciones de BalanceAccionamientos
SCOASistema de Control
Operacional AvanzadoEsquemas de Regulación y Control
- Potencia a y de CFE- Control Maestro de Carga y de Vapor- Extracciones de TG’s con regulación- Estaciones Reductoras- Transferencia de Energía
Sistema de Operación y MonitoreoSistema de Bus de ComunicaciónInstrumentación de Campo
Sistema de Control Avanzado y Segregación de Carga
Concepto SCOA / SECA: Sistemas bajo control
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Sistema de Control Avanzado y Segregación de Carga
Áreas funcionales en las plantas de fuerza
División de áreas funcionales en las plantas de fuerza de las refinerías en PEMEX, según filosofía SCOA de SIEMENS.
Debido a su compleja estructura, las centrales térmicas con líneas colectoras requieren una distribución de sus cadenas funcionales, diferente de las comunes descritas para plantas de generación. El fundamento de las cadenas funcionales lo constituyen correlaciones de la tecnología en procesos.
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V Descripción breve
Sistema de Control Avanzado y Segregación de Carga
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Sistema de Control Avanzado y Segregación de Carga
Descripción del sistema SCOA
El Sistema de Control Operacional Avanzado (SCOA), es un sistema de control distribuido, diseñado para controlar, supervisar y administrar la generación de energía eléctrica y de vapor en forma estable de las plantas de fuerza de PEMEX Refinación.
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Sistema de Control Avanzado y Segregación de Carga
Descripción del sistema SCOA
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Descripción del sistema SCOA
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Descripción del sistema SCOA
En un esquema simple, podemos comparar al sistema SCOA como el malabarista que tiene que realizar equilibrio, manipulando de forma estable un conjunto de pelotas (las cargas), de aquí que cuantas mas cargas tiene mas velocidad y equilibrio tendrá que realizar.
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Sistema de Control Avanzado y Segregación de Carga
Descripción sistema SECA / SEVA
El sistema de segregación de carga (SECA), es un sistema dedicado a la desconexión de consumidores eléctricos; se concibió en etapa posterior al SCOA como un algoritmo complementario al mismo.
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Sistema de Control Avanzado y Segregación de Carga
Descripción del sistema SECA
El sistema SECA, se encuentra actualmente configurado en los sistema SIEMENS Teleperm XP y/o SPPA-T3000.
Normalmente en la red de consumos propios de la refinería se mantiene el equilibrio entre la potencia que se genera y la potencia que se necesita.
Ext. Unit Envío deInformación
PantallasGigantes
Clientesligeros
Apllication Highway
Automation Highway
PUFT SRV
PUFT SRV PUFT SRV
T3000T3000
Ms
Ms
T3000T3000 Control
Eq. Aux.Control deCaldera yQuemadores
T30000T3000 Control
Maestrode Carga y Vapor
TELEPERM XPTELEPERM XPSECA
SEVA
Ms
PUMIG SRV
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Sistema de Control Avanzado y Segregación de Carga
Causas de falla para actuación SCOA / SECA
Causas de Falla(perdida de equilibrio)Falta de Vapor
Causada por el fallo de los generadores de vapor, línea de quemadores o por la conexión de más tanto generadores como consumidores de vapor
Falta de Energía EléctricaCausada por el fallo de turbogeneradores ó por la conexión de más consumidores eléctricos
Desconexión del Enlace con CFECuando se ha estado tomando energía y al mismotiempo se consume una cantidad de energía que
sobrepasa la carga límite de los generadores
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Sistema de Control Avanzado y Segregación de Carga
Descripción del sistema SECA / SEVA
Por medio de un selector del punto de ajuste, el operador determina, el valor actual de recepción o de entrega de energía.
Los consumidores de la refinería se dividen, conforme a su importancia (en consumidores desconectables y no desconectables.