DISEÑO Y DESARROLLO DE UN SISTEMA ELECTRÓNICO DE CONTROL, SUPERVISIÓN Y ADQUISICIÓN DE DATOS APLICADO A LA DETECCIÓN DE FALLAS Y FUGAS EN CONDUCTOS DE PETRÓLEO Y GAS

DISEÑO Y DESARROLLO DE UN SISTEMA ELECTRÓNICO DE CONTROL, SUPERVISIÓN Y ADQUISICIÓN DE DATOS APLICADO A LA DETECCIÓN DE FALLAS Y FUGAS EN CONDUCTOS DE PETRÓLEO Y GAS

V. Vicente1, L. Yabar2

1Estudiante de 11vo. ciclo de la Carrera de Ingeniería Electrónica, Facultad de Ing. Electrónica y Sistemas, Universidad Tecnológica del Perú, Lima, Perú

2 Docente de la Facultad de Ing. Electrónica y Sistemas, Universidad Tecnológica del Perú, Lima, Perú

Email: vladimir.vicente.huaman@gmail.com

    Resumen – El objetivo principal del presente trabajo es el diseño y desarrollo de un sistema de control y supervisión de datos aplicados a la detección de fallas y fugas en conductos de petróleo y gas en la refinería Conchán, en el cual nos permita tener acceso al sistema y tener una visualización de los datos adquirido en un ordenador. La corriente teórica del presente proyecto es un Sistema de control de procesos de lazo cerrado y continuo, con el cual podremos procesar las señales analógicas obtenidas y controlar la salida en los actuadores. Funcionamiento y características del control lógico programable, conocimiento en adquisición de datos WinCC para la supervisión del sistema, fundamento de un control de procesos PID, se empleara sensores capacitivos, caudal, temperatura y flujo, válvulas de bolas industriales, módulo PROFIBUS, osciloscopio. Se adquiere y tratan las señales analógicas de los sensores, estas son comparadas con señales de referencia que indican el estado normal del proceso, al diferir estas señales se activa el sistema de seguridad que activan las válvulas para cerrar el transporte del petróleo, un operador observa en pantalla el cambio y donde se originó la falla. Obtención de las señales de presión del petróleo, temperatura y nivel del petróleo en los conductos, por medio de los sensores colocados en los conductos; obtención de la señal del caudal del petróleo por medio de un sensor de flujo, colocados a lo largo de los conductos de transporte; análisis de los datos obtenidos de control de transporte de petróleo y la comparación con una señal de referencia, para un mejor rendimiento y seguridad; exhibición de los valores obtenidos  de presión, temperatura, caudal   de petróleo y gas  en un ordenador.

Palabras clave – Sistema de control, Adquisición de datos, procesos PID, PLC, HMI, WinCC, PROFIBUS DP.

1. INTRODUCCIÓN

En los sistemas de control y supervisión es muy importante la adquisición de datos o adquisición de señales que consiste en la toma de muestras de un conjunto de señales físicas, convertirlas en tensiones eléctricas y digitalizarlas para generar datos que puedan ser  manipulados por un ordenador u otros dispositivos digitales como un dispositivo PAC (controlador de automatización programable). El problema particular de la detección de fugas en tuberías ha sido atacado en el pasado usando diferentes técnicas. En Noruega 1987 Billman e Isermann propusieron un esquema basado en la identificación de parámetros del fluido de manera continua en tiempo real junto con un observador estático [1]. Posteriormente Liou propuso en la Conferencia Internacional de Tuberías de la ASME en 1996 un método en donde el fluido es perturbado con una secuencia binaria pseudoaleatoria. Esta perturbación le permite estar identificando de manera periódica la respuesta dinámica del fluido y detectar una fuga cuando ésta se modifica [2]. El 78% de la Amazonia peruana son ahora cubiertos por concesiones de petróleo generando gran contaminación en nuestra selva peruana (20% por hectárea) debido a los derramamientos de petróleo [3].

En Nigeria en la conferencia del diario de protección del medio ambiente presenta un sistema de recuperación de petróleo del atlántico. Reduciendo así la contaminación del océano en un 42.3% y recuperando 69.6% del petróleo [4].

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Fig. 1 Número de derrames de hidrocarburos (izquierda) y cantidad derramada de hidrocarburo (derecha).

Los  objetivos del presente  proyecto son: Monitorizar y visualizar en pantalla el flujo de petróleo y gas en toda la planta mediante los diversos sensores, estimar los parámetros: absorbancia, concentración, cantidad de gas/m3, nivel de explosividad y tamaño de fuga, aumentar la fiabilidad de la red y la tolerancia a fallos, reducir el retardo de la comunicación de extremo a extremo para los datos enviados por lo sensores. EL alcance solo nos permite tener el control en una zona determinada debido al tamaño de las refinerías, una limitación del presente proyecto es la velocidad de propagación de los datos de los sensores por la gran longitud de los conductos.

1. MATERIALES Y METODOS

El objetivo principal del presente trabajo es el diseño y desarrollo de un sistema de control y supervisión de datos aplicados a la detección de fallas y fugas en conductos de petróleo y gas en la refinería Conchán, en el cual nos permita tener acceso al sistema de control y tener una visualización de los datos en tiempo real para la respectiva supervisión del proceso en un ordenador.

En la Figura 2, se muestra el Diagrama de Bloques Completo del sistema.

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Fig. 2  Diagrama de Bloques completo del sistema.

Antes de empezar con la elaboración del proyecto es necesario que se requiera de los conocimientos básicos de las características del petróleo como densidad, color, temperatura ambiente, viscosidad, volatilidad y tensión superficial, conocimiento en calibración de equipos de medición para calibración  de los diferentes sensores a usar, también conocimientos para el funcionamiento tanto de software y hardware de un Controlador Lógico Programable (PLC), el tratamiento de señales digitales y analógicas [5]. Para la parte de control se requiere saber el fundamento de un control de procesos PID de lazo cerrado, para la realimentación del circuito [6]. También es necesario tener el conocimiento de programación en lenguaje SIMATIC WinCC para supervisión y adquisición de datos para procesarlos a nuestro controlador[7], también es  necesario  tener  conocimiento  de Redes Industriales  para la transmisión  de  señales vía Ethernet  y  RS - 485 PROFIBUS[8].

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