Petronor control avanzado

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1.¿Qué es el Control de Procesos?
2. Herramientas
3.Resultados
4. Retos de Futuro

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Petronor control avanzado

  1. 1. Control Avanzado Rafael Gonzalez Martin Jefe Control Avanzado y Sistemas de Producción PETRONOR Petronor Diciembre 2010
  2. 2. Índice 1. 2. 3. 4. Petronor Diciembre 2010 ¿Qué es el Control de Procesos? Herramientas Resultados Retos de Futuro
  3. 3. Conceptos básicos • El objetivo del control de procesos es mantener ciertas variables del proceso (composiciones, caudales, temperaturas) en unos valores de operación determinados. • Los procesos industriales son dinámicos: siempre van a ocurrir cambios (perturbaciones). • Si no se toman las acciones adecuadas habrá variables importantes (relacionadas con la seguridad, la calidad y/o la producción) que no alcanzarán los valores objetivos. Petronor Diciembre 2010
  4. 4. Objetivos del Control de Procesos El sistema de control tiene tres objetivos fundamentales: 1. Mantener condiciones de operación estables y seguras para las personas y equipos. 2. Asegurar que los productos alcancen en todo momento la especificación requerida y se produzcan las cantidades demandadas. 3. Alcanzar los objetivos anteriores de la manera más eficiente posible. Petronor Diciembre 2010
  5. 5. Ejemplo simple I FI 2 LC AGUA TEMP. AMBIENTE FI FI CALDERA 1 TI TI 3 2 GRIFO A.C. TI TI-3 3 GRIFO A.F. TI 4 A.F. G. NATURAL BUTANO LAZO DE CONTROL, ELEMENTOS QUE LO CONFORMAN Controlador: la persona Variable Controlada: TI-3 (Temperatura salida ducha). SP Variables Manipuladas: caudal agua caliente y caudal agua fría. Variables de Perturbación: − − − − Temp. Ambiente (Temp. Entrada) Calor aportado (nº. Quemadores, tipo de gas usado) Variación o Caída presión apertura o cierre de la 2ª ducha. Caudal de la bomba. Petronor Diciembre 2010 A.C.
  6. 6. Ejemplo simple II ESTADO ESTACIONARIO Se enciende la segunda ducha T3 T3 t Control Avanzado Control Básico SP t T3 t En la refinería se miden unas 30000 variables, de las que se controlan aproximadamente el 10%. Petronor Diciembre 2010
  7. 7. Niveles de Automatización Atiende a objetivos económicos globales de planta. OPTIMIZACIÓN EN LINEA (?) Se mejora el control básico. Rara vez atiende a objetivos económicos directos. CONTROL MULTIVARIABLE ([DMC], RMPCT, ...) Controla un equipo de forma global. Incorpora objetivos económicos locales de unidad. Se garantiza la estabilidad de la planta. Se modifica directamente la válvula. CONTROL AVANZADO (feedforward, selectores, inferencias, ... ) CONTROL BÁSICO (fundamentalmente PID's sencillos, cascadas) Petronor Diciembre 2010
  8. 8. Control Integrado - MADRID - TERMINAL MARITIMA OFICINAS MANTENIMIENTO ALMACEN SEGURIDAD LABORATORIO PRODUCTOS CRUDOS ENERGIAS BALANCES USUARIOS CONEXION REMOTA ETHERNET (RED GESTION DE LA PRODUCCION) SALAS DE CONTROL - CONTROL AVANZADO - DMC’s CONSOLAS de CONTROL - SISTEMAS DE INFORMACION - PI’s IMPRESORAS de ALARMAS Red de Control CONTROLADORES de PROCESO UNIDADES DE PROCESO Petronor Diciembre 2010
  9. 9. Índice 1. 2. 3. 4. Petronor Diciembre 2010 ¿Qué es el Control de Procesos? Herramientas Resultados Retos de Futuro
  10. 10. Herramientas: el PID El controlador más ampliamente utilizado en la industria es el denominado PID, que ejecuta el siguiente algoritmo de control: K  de(t )  m(t ) = K × e(t ) + e(t ) dt + K × Td ×  +M ∫ Ti o  dt  t P I D e D e = Error = SP- PV I Petronor Diciembre 2010 P t
  11. 11. Herramientas: PID • Para cada variable que queramos controlar con un PID necesitamos una válvula. • El PID dispone de tres parámetros de ajuste para acomodar el controlador a la dinámica del proceso que quiere regularse • No requiere mucho “conocimiento” del proceso • Siempre actúa a toro pasado, tiene que detectar que existe un error para tomar acciones de control “a posteriori” • Es muy simple y robusto. Por esto continua siendo la base sobre la que se cimienta toda la arquitectura del sistema de control Petronor Diciembre 2010
  12. 12. Herramientas: SCD El sistema de control distribuido SCD está basado en un gran número de microprocesadores con tareas específicas. Consta de tres elementos fundamentales: Interfase con el proceso (controladores e indicaciones) Interfase con el operador (consolas) Vía de datos Petronor Diciembre 2010
  13. 13. Herramientas: SCD Petronor Diciembre 2010
  14. 14. Herramientas: APC’s • Los sistemas de control distribuido proporcionan la plataforma para desarrollar aplicaciones de control avanzado (APC’s) • En su origen (años 70) se denominó Control Avanzado a cualquier estrategia de control que fuera más complicada que un PID • Actualmente llamamos Control Avanzado a un conjunto de cálculos (inferencias, reflujo interno, calor aportado) y técnicas (control feedforward, control override, cascadas múltiples, etc) que permiten mejorar el control al tener en cuenta más información. • Los actuales sistemas de control distribuido disponen de diferentes módulos y algoritmos que facilitan el desarrollo de este tipo de aplicaciones Petronor Diciembre 2010
  15. 15. Herramientas: DMC (Control basado en modelos) • A finales de los años 80 apareció la tecnología de Control Multivariable Predictivo Basado en Modelos • • Se basa en la utilización de un modelo dinámico del proceso • Tiene cierta capacidad de optimización local (utiliza criterios económicos) teniendo en cuenta todas las restricciones tanto en las variables manipuladas como en las controladas • Desde 1995 disponemos de una licencia corporativa para utilizar el software DMC para desarrollar controladores multivariables Se desarrolló específicamente para solucionar problemas de control multivariable (interacciones) Petronor Diciembre 2010
  16. 16. Herramientas: DMC • • • • El modelo consiste en la relación matemática que describe el efecto sobre cada variable controlada causado por el movimiento de una variable manipulada. Estos modelos se obtienen “empíricamente” a través de pruebas en planta (steptest) Utilizando dichos modelos el controlador predice la situación futura de la planta si no se toma ninguna acción de control Utiliza un optimizador local (LP) para determinar el punto óptimo de operación El controlador siempre “empuja” hacia el conjunto de restricciones óptimas. El DMC se convierte en el “exprimidor” de unidades Petronor Diciembre 2010
  17. 17. Herramientas: DMC PC FI TI FC LI FC TI AI FI Modelo del Proceso TI dP TIC LC FC FI Petronor Diciembre 2010 AI
  18. 18. Herramientas: DMC Operando con restricciones Región final de Operación del Controlador Óptimo Económico Menor Variabilidad Velocidad Turbina Presión Nueva Región Operación del Controlador Región Operación Preferida por el Operador Temperatura Composición Apertura válvula Petronor Diciembre 2010 DP en columna
  19. 19. Índice 1. 2. 3. 4. Petronor Diciembre 2010 ¿Qué es el Control de Procesos? Herramientas Resultados Retos de Futuro
  20. 20. Resultados Puesto que el objetivo del control de procesos es mantener ciertas variables tan cerca como sea posible de determinados valores, existe un criterio objetivo para “medir” la bondad del control: la desviación estándar respecto del punto de consigna límite límite A2 Variable de Operación A1 tiempo Petronor Diciembre 2010 Variable de Operación tiempo
  21. 21. Resultados seguridad 1,2 1 0,8 PV2(x) 0,6 acPV2(x) limit 0,4 PV1(x) acPV1(x) 0,2 Restricciones Calidad 0 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 -0,2 PV pv1 + 3σ 1 = pvmax    pv2 − pv1 = ∆SP = 3(σ 1 − σ 2 ) pv2 + 3σ 2 = pvmax   Petronor Diciembre 2010
  22. 22. Resultados Haciendo bien nuestro trabajo facilitamos el trabajo de otros Como resultado final, contribuimos al margen: • Aumentando la capacidad de producción  Maximizando carga  Maximizando rendimiento  Maximizando recuperación • Minimizando el consumo energético • Aportando mayor estabilidad y seguridad en la operación Petronor Diciembre 2010
  23. 23. Índice 1. 2. 3. 4. Petronor Diciembre 2010 ¿Qué es el Control de Procesos? Herramientas Resultados Retos de Futuro
  24. 24. Retos de futuro Consolidación: • Estamos en una fase de meseta tecnológica en la que debe hacerse un gran esfuerzo de asimilación por parte de los operadores • Debemos evitar que la fascinación ante las posibilidades de las nuevas tecnologías nos haga olvidar o abandonar el imprescindible y necesario mantenimiento de los niveles básicos de control • A la vista de los recursos disponibles, el esfuerzo en nuevos desarrollos tendrá que estar modulado por la capacidad de mantenimiento de los controladores multivariables ya existentes y por la mejora continua de los niveles básicos Petronor Diciembre 2010
  25. 25. Retos de Futuro Integración: • Frontera difusa entre las distintas áreas implicadas en el control de la planta: (Operación, Procesos, Instrumentación , Control Avanzado y Sistemas de Información) • Según se van incluyendo en las estrategias de control objetivos económicos y estrategias de gestión se incrementa el conocimiento requerido para desarrollar adecuadamente dichas estrategias (Gestión, Planificación, Operación, Procesos y Control Avanzado) • La responsabilidad de la mejora continua de la operación de las plantas es compartida, o, al menos, distribuida entre Planificación, Operación, SSTT y Control Avanzado Petronor Diciembre 2010
  26. 26. Retos de Futuro Aumento de posibilidades: • Aumento de sinergias entre los sistemas de información y los sistemas de control • Disponibilidad de instrumentación “inteligente”, dispositivos “wireless”, sensores virtuales. • Optimización en tiempo real • Disponemos de la tecnología necesaria. Las mejoras vendrán a través del conocimiento, de manera que habrá que cuidar a los especialistas en control de proceso Petronor Diciembre 2010
  27. 27. Conclusión El Control Avanzado es el conjunto de herramientas que permiten: • Ahorro energético • Aumento de capacidad • Mejora de rendimientos • “Ensanchamiento” de cuellos de botella • Reducción de incidentes • Optimización de recursos En resumen: MAYOR EFICIENCIA Petronor Diciembre 2010

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