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CONGRESO URUMAN 2013


Mantenimiento eficiente en la Industria

PCS7 Sistema de Control de Procesos


Estrategias de mantenimiento


Las perspectivas: Información - Datos - Control

Nivel Ingeniería y Control

Nivel - HMI

Nivel - MES

Nivel - Campo

Información comprensión

y

transferencia


Los problemas de las interfaces

1 2

13

5 4

6 7

8

ControladorHerramienta de Diagnóstico

Estación de OperaciónEstación de Diagnóstico

Estación de Mantenimiento

GatewayE/S remotasDispositivos de campo1

2

3

4

5

6

7

8


La gestión de Mantenimiento se integra en el DCS

Nivel - Control

Nivel - Gestión(Nivel - MES)

Nivel - Planificación de recursos de la Empresa(Nivel - ERP)

Automatización

Nivel –Campo

Un proyecto

para

Control de Proceso

y

Mantenimiento

Mantenimiento


Separación Información de proceso y Mantenimiento

Eventos de Proceso Eventos de Diagnóstico

Operacióncontrol

& Monitoreo

Diagnóstico & Demanda de Mantenimiento


Requerimientos NAMUR

NAMUR - es una asociación internacional de usuarios de tecnología de automatización en la industria de proceso.

NE 91

Requerimientos para la Gestión de Mantenimiento Online – Asset Management Integrado.

NE 107 o VDI/VDE/NAMUR/WIB 2650

Requerimientos para el Monitoreo y Diagnóstico de los dispositivos de campo.



NE 91 ”Asset Management Integrado“

La gestión de activos es parte del DCS

Separación de la información de Mantenimiento de la de Proceso

Libre selección de los dispositivos de campo (todos los proveedores)

Visualización homogénea para todos los activos

Control de acceso

Sin/poco esfuerzo adicional de ingeniería

Simple evaluación del estado de los activos

Almacenamiento y documentación de acontecimientos concernientes a los activos

Apoyo de decisión a personal de mantenimiento

Interfaz a sistemas de supervisión



NE 107 “Monitoreo y Diagnóstico de los dispositivos de campo”

Correcto (no se conocen limitaciones funcionales)

Inseguro (funcionamiento fuera del rango especificado)

Fallo del equipo (es necesario un mantenimiento)

Requerimiento de Mantenimiento (control de funciones)

Fuera de especificación

Chequeo Funcional


Qué es la gestión de activos de la Planta?

Es un sistema para mantenimiento de plantas de producción que utiliza la información de condición de todos los activos de la planta:

Equipos de producción de planta con sus componentes como ser maquinas, tuberías con su correspondiente equipamiento y dispositivos para la automatización como controladores, periferia de proceso, buses, componentes de red, PCs, etc.

Un sistema para automatización de planta y mantenimiento


Plant Asset Management System (PAMS) en PCS 7

Plant Asset Management System en SIMATIC PCS 7 provee funciones online en tiempo real

Monitoreo de los componentes

Mensajes ante un cambio de estado

Visualización de la información de diagnóstico

Generación de la demanda de mantenimiento

Seguimiento de las actividades de mantenimiento

Principales beneficios de la implementación

Integración homogénea en el Sistema de Control de Procesos

Estación de Mantenimiento integrada en la Estación de Operación o como una Estación dedicada

Visualización homogénea (símbolos, pantallas) de todos los activos

Generación automática de las pantallas de diagnóstico de mantenimiento

Implementación acorde a las recomendaciones NAMUR

Dispositivos

Automatización Componentes,DCS, Redes, …

Componentes de Planta

Proceso

Alto

Alto

Ben

efic

ios

al C

lient

e

Esfuerzo y ComplejidadBajo

Plant Asset Management

Performance Monitor.

Funcionalidad integrada de Gestión de Activos para incrementar la disponibilidad del sistema de control de procesos de la planta


Cual es el objetivo?

1. La petición de mantenimiento será generada por el Sistema de Control de Procesos(Pedido de mantenimiento integrado) 2. Mantenimiento preventivo, reparación guiada por el Sistema de Control de Procesos (Supervisión activa del dispositivo)3. Diseñado basado en los requerimientos NAMUR NE 91 y NE 107

Estación de

Mantenimiento

1. Detección de errores

2. Diagnóstico

3. Demanda de mantenimiento

4. Mantenimiento, reparación,servicio

Enfermedad

Conclusiones

Prescripción

Curación


Libre elección de equipos de proceso (Todos los proveedores)

Depende de la “inteligencia” del dispositivo como trabajará la integración dentro del Sistema de Gestión de Activos (Management System)

El fabricante del dispositivo determina la cantidad de información de su dispositivo

Solo el fabricante conoce las capacidades de gestión de activos de su dispositivo

Acorde con los estándares internacionales

conventional, e

.g. 4 –

20mA

Profile, e. g. RIO

HART

Profile, e.g. DP/PA + EDD

PB - Slave

MS

PB – PROFIBUSEDD – Electronic Device DescriptionMS – Maintenance StationRIO – Remote I/OPA – Process Automation


Visualización homogénea para todos los activos

OK

Simulación

Operación localMantenimiento en progreso

Mantenimiento solicitado

(medio)

Mantenimiento necesario (bajo)

Alarma de Mantenimiento (alto)

Pedido de Mantenimiento no

atendidoPedido de Mantenimiento

solicitado

Representación estándar para los estados en el Sistema de Control de Procesos

Aplicable a todos los componentes definidos en PCS7 + los activos “no inteligentes”

+


La Estación de Mantenimiento

ET200M HF

ET200S

ET200iSPSIMOCODE

PROFIBUS PA

PRO

FIB

US

DP

PRO

FIB

US

DP

AS 41x AS 41x HF

OS + MS Server RC / BATCH Server CAS

Estación de Ingeniería

Estación de Mantenimiento

Estación ClienteServidor WEB (OPEN PCS 7)

SIMATIC IT

Industrial Ethernet

Office LAN (Ethernet)

Cliente WEB

OS LAN (Ethernet)

ET200iSP

ET200M HF

ET200M HF (Standard & F-Modules)

PROFIBUS PA


Acceso centralizado a todos los Activos de la planta

Cada componente de planta es accedido desde la estación de mantenimiento

Ethernet / Fast Ethernet

PROFIBUS-DP

PROFIBUS-PA

AS 1 AS 2 AS n

MS


Niveles Jerárquicos de Monitoreo

Nivel Ethernet

Nivel Controlador

Nivel PC

Area Usuario


Estructura Jerárquica

Operación rápida y simple a través de la Jerarquía completa a través de símbolos unificados

Símbolo de diagnóstico del componente

Estructura jerárquica clara Vista de Planta Vista de todos los controladores Controlador (con sub - jerarquías) Activos PROFIBUS Estación DP (ej. ET 200M) Dispositivos de campo inteligentes

SIMATIC S7-400 y red PROFIBUS

status and selection of underlaying hierarchy

Estación ET 200M

Pantallas para dispositivos inteligentes

Activos PROFIBUS


Vista unificada de la información : Identificación

Vista uniforme para todos los activos conforme a su capacidad de información

Estado de la peticiónEstado del Mantenimiento

Diagnóstico / Estado

Datos acíclicos

Información cíclica de la aplicación

Llamada directa a la configuración de HW

Llamada directa a Simatic PDM


Vista unificada de la información : Eventos / Alarmas

Contiene todo:

Diagnósticos y mensajes de error

Acciones del Operador

Demandas de mantenimiento


Estado de la petición


Vista unificada de la información : Diagnóstico

Descripción de fabrica del diagnóstico vía EDD SIMATIC PDM interprete de la información de diagnostico Posibilidad de diferentes lenguajes dependiendo del fabricante del activo

Diagnóstico / estado

Estado del Mantenimiento


Diagnóstico detallado

Estado

Descripción

Reparar

Comunicación

Estados


Vista unificada de la información : Acceso a parámetros

Vista de los parámetros del dispositivo de campo

Para dispositivos de campo inteligentes

Información generada por SIMATIC PDM





Soporte al personal en las decisiones de mantenimiento

El sistema realiza una sugerencia (petición) El personal de mantenimiento confirma o modifica lo sugerido





Vista unificada de la información : Audit Trail con PDM

Trazabilidad para auditoría

Funcionamiento del sistema de SIMATIC PDM

Visualización en formularios HTLM

Diagnóstico / estado

Estado de la petición Iniciar Simatic PDMIniciar HW – Conf.


Reportes

Toda la información importante concentrada

La misma estructura para todos los activos

Activo– Estado

Identidad

Mantenimiento - Estado

Diagnóstico detallado

Mensajes actuales


Ejemplos de mantenimiento

Monitoreo de condición de componentes “inteligentes”

• Vigilancia y diagnóstico de PC industriales: funciones de diagnóstico y señalización para temperatura, contador de horas de funcionamiento, registro y evaluación de datos operativos, avisos.

• Vigilancia y diagnóstico de redes: componentes de red Ethernet, gestión de la red Ethernet, diagnostico online repetidores Profibus, diagnóstico online de la red Profibus.

• Vigilancia y diagnóstico de instrumentación de procesos: medición de presión, caudal y nivel. Función de contador de horas de funcionamiento, contador de eventos de rebase, temperatura del sensor y temperatura electrónica, alcance limites y generación de alarmas, simulación.

• Vigilancia y diagnóstico de módulos de entradas / salidas del sistema de control

Monitoreo de condición de componentes “no-inteligentes”

• Componentes mecánicos que no disponen de autodiagnóstico (bombas, intercambiadores de calor, válvulas compresores, etc.)

• Diagnóstico a través de la combinación inteligente e interpretación de los valores medidos que están (por sobre todo) ya disponibles en el DCS sin costos adicionales de hardware!


Monitoreo inteligente de los Componentes Mecánicos de Planta

Idea:• Diagnóstico a través de la combinación inteligente e interpretación de los valores medidos los

cuales en su mayoría ya se encuentran en el DCS

Ventajas:• Bajo costo• Detección de desgastes en aumento• Detección de mal operaciones, estados operativos no saludables y pérdida de energía

Beneficios:• Bajo umbral de inversión• Detección del desgaste acumulado -> Base del mantenimiento predictivo -> Reducción de

costos de servicio• Prevención de desgaste innecesario y derroche de energía -> Base para reducir costos de

reparación / costos de energía


Metodología de la gestión de activos

Análisis del sistema

bajo estudio

Selección adecuada

de parámetrosAdquisición de datos

Análisis e interpretación de datos

Evaluación del estado del equipoGeneración de avisos

Y toma de decisiones

Órdenes de trabajo y

retroalimentación


Mantenimiento de componentes mecánicos Bombas Centrifugas

Funcionalidad:

• Avisar daños en la bomba debido a bloqueo, marcha en vacío, extracción acompañada de gas, cavitación, sobrecarga o sentido de marcha incorrecta.

• Detectar a tiempo próximos daños en la bomba como desgaste o reducciónde su rendimiento.

• A largo plazo, para dimensionar la bomba mediante análisis estadístico de losdatos de servicio.



Desvíos de la curva características:

Desvíos a corto plazo mal funcionamiento / estados de funcionamiento “no saludables”

Funcionamiento en vacío, alto contenido de gas, bloqueos, cavitación

Desvíos a largo plazo deterioro gradual en el rendimiento desgaste

Creación de histogramas estadísticos de los estados de operación:

Detección de dimensionamiento incorrecto de equipos

Detección de pérdida de energía

Estadísticas de estados de operación “no saludables”

Perspectivas:

Integración del factor de estrés a lo largo del tiempo

Predicción del tiempo de vida útil remanente



Valores medidos relevantes:

Caudal del fluido (4)

Presión de entrada, presión de succión (2)

Presión de salida, presión de descarga (3)

Potencia eléctrica activa (1)

Estado binario del motor (1)

Temperatura del fluido (para cavitación) (5)

Velocidad del motor (caso motores con variadores de velocidad (1)

Diagrama P&ID:



Valores a Parametrizar:

• Potencia nominal y Eficiencia del motor

• Velocidad nominal para bombas de velocidad variable

• Caudal mínimo y nominal de la Bomba

• Densidad del medio

• Curva característica “Delivery height”, requerimiento de potencia de la bomba y eficiencia de la bomba (estos valores pueden ser aprendidos por el sistema)

• Para cavitación: Curva característica de NPSHr y coeficiente de presion de vapor

• Limites de alarmas



Valores Calculados:

• Delivery Height

• Potencia Mecánica

• Potencia Hidráulica

• Eficiencia de la Bomba

• Valor NPSH actual

• Desvíos de la curva característica

• Histogramas con distribución estadística de caudal y NPSH



La Potencia Hidráulica es calculada a partir de la presión diferencial y el caudal

La Potencia mecánica es calculada a partir del modelo del motor / eficiencia y Potencia promedio eléctrica.

Cálculo de la Potencia:

Potencia eléctrica

Potencia mecánica

Potencia hidráulica



La altura es calculada a partir de los valores medidos de presión diferencial y la densidad del medio en la bomba

Cálculo de la altura:

Punto de operación

Caudal mínimo Caudal nominal

Característica altura



La eficiencia es calculada como una relación entre la potencia hidráulica y la potencia mecánica

Cálculo de la eficiencia ETA:

Característica potencia mecánica

Característica de eficiencia de la bomba



NPSH significa Net Positive Suction Head ANPA: altura neta positiva en la aspiración). Además del caudal y la presión (altura), el valor NPSH es una de las características mas importantes de la bomba. Lo siguiente debe asegurarse para mantener la operación de la bomba libre de fallas:

NPSH (planta) > NPSH (bomba)

en otro caso ocurrirá cavitación.

El valor actual NPSH es calculado a partir de la presión de entrada y la presión de vapor (la cual puede ser calculada por la ecuación de Antoine).

Para algunas sustancias estos parámetros deben ser modificados fuera del bloque.

Cálculo del valor NPSH:

Valor actualNPSH

rango de cavitación

Rango de advertencia

Caracterísitca NPSH



La potencia eléctrica cambia (no-lineal) con la carga del motor, lo que significa con el caudal.

Con marcha en vacío, la válvula en la succión está cerrada , el caudal del fluido es cero y el valor de la potencia eléctrica desciende a un valor mínimo.

Con bloqueo, la válvula a la salida de la bomba está cerrada, el caudal del fluido también es cero y el valor de la potencia eléctrica cae por debajo del valor mínimo configurado para bloqueo.

El valor para bloqueo es algo mayor que para funcionamiento en vacío, ya que hay líquido en la bomba que se distribuye por la misma.

Detección de bloqueos y marcha en vacío:


Mantenimiento de componentes mecánicos Intercambiador de Calor



Monitoreo de:

• Temperatura de producto a la entrada

• Temperatura de producto a la salida

• Caudal de producto

• Temperatura de servicio a la entrada

• Temperatura de servicio a la salida

Caudal de servicio

Cálculos y resultados:

• Complejo modelo dinámico del intercambiador de calor cálculos off-line del flujo de calor esperado para diferentes estados de

operación, para estado limpio y sucio

• Almacenamiento de los valores calculados en bloques de función del PLC

• Comparación On-line con el flujo de calor medido calculo y visualización del grado de ensuciamiento actual así como las pérdidas de energía al día

• Tendencias a largo plazo disminución gradual de la reserva predicción del tiempo remanente del próximo requerimiento de limpieza



Flujo de calor actual

Flujo de calor para estado sucio

Flujo de calor para estado

limpio


Mantenimiento de componentes mecánicos Válvulas

Valores medidos relevantes:

Caudal del medio (1)

Presión de admisión (a la entrada de la válvula) (2)

Presión a la salida de la válvula(3)

Setpoint de posición de la válvula (1)

Posición actual de la válvula (realimentación) (1)

Presión del suministro de aire comprimido (1)

Diagrama P&ID:

ReglerFICPI

VlvMon

PI

(1)(2) (3)



Monitoreo de: Posición de la válvula (Set point; realimentación opcional) Caudal del producto(opcional) Presión a la entrada y la salida de la válvula (opcional) Presión de aire (opcional)

Diagnóstico con posicionador: Tiempo desde puesta en funcionamiento y tiempo desde el último mantenimiento Tiempo sin movimiento ( peligro de los sellos) Tiempo de movimiento continuo ( parámetros de operación no saludables) Numero de movimientos completos ( desgaste) Numero cambios de dirección ( desgaste)

Diagnóstico adicional con realimentación de posición: Movimiento externo ( condiciones de operación no saludables) Sobrepaso de la posición extrema superior / inferior ( desgaste) Desvío set point / valor actual no corregido ( falla posicionador) Tiempo de reacción de la válvula (para una entrada) ( falla sellos o posicionador) Tiempo muerto ( falla sellos o posicionador)



Diagnóstico adicional con medición de presión y caudal: Desvío del punto de operación de la curva característica (similar a PumpMon)

( cavitación o desgaste o falla del posicionador incl. baja presión de aire) Muestreo automático de la curva característica actual, reemplazo como la nueva curva esperada ( no requiere parametrización y ni carga manual)

Diagnóstico adicional con medición del aire de suministro: Diferenciación entre falla del posicionador y falla por baja presión de aire

Creación de histogramas estadísticos de estados de operación: Histograma de posiciones detección de dimensionamiento incorrecto de válvulas Histograma de “movimientos parciales” detección de condiciones de operación inestables

Perspectiva:Integración del factor de estrés a través del tiempo Predicción del tiempo de vida útil remanente



La curva característica para monitoreo de caudal puede configurarse de dos modos:

• Automáticamente por aprendizaje de los parámetros

• Manualmente ingresando los parámetros

Para diagnosticar daños en el interior de la válvula, la curva característica es comparada con el punto de operación actual y se registra automáticamente la curva característica actual. Desvíos de la curva característica pueden ser explicado como un cambio en la sección transversal de la válvula.

Caudal:

Punto de operación

actual

Característica setpoint(creada

automáticamente después del

arranque)

Característica actual



La curva característica para monitoreo de reacción puede también configurarse de dos modos:

• Automáticamente por aprendizaje de los parámetros

• Manualmente ingresando los parámetros

El punto de operación visualiza la última detección paso de setpoint positivo Este permanece inalterable hasta que se detecte un nuevo paso.

Si la distancia del punto de operación actual excede la curva característica de la tolerancia predeterminada, el color del punto de operación cambia de verde a rojo, y se habilita el parámetro de salida correspondiente

Además de la curva característica se muestra la curva característica registrada actual (líneas verdes cortadas)

Tiempo de Reacción:

Punto de operación

actualCaracterística

Setpoint(creada

automáticamen te después del

arranque)

Característic a actual



Máximo permitidoValores actuales

Maint. interval

Next maint. Last maint.

Inst. date weeksMaintenance

Operation data

No. of full strokes

No. of dir. changes Max. dir. changes

Max. full strokes

Operation times

Time w/o movement

Time w/o rest Max. w/o rest

Max. w/o move

active

h

h

h

h


Conozca mas de la solución “Estación de Mantenimiento”

http://www.automation.siemens.com/mcms/process-control-systems


Sistema de Control de Procesos

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