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

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Posteriormente se mencionara los materiales y equipos que se empleara en el proyecto. En la parte de hardware se empleara sensores de nivel capacitivo GS4223 series el cual proporciona una salida analógica 0-5V continua y es compatible con la mayoría de los tipos de líquidos incluyendo combustibles, aceites y combustibles, este sensor se adapta bien a aplicaciones en entornos difíciles y tiene un amplio rango de temperaturas de funcionamiento de -40ºC a +125ºC, sensores de presión XMP i para petróleo y gas, este transmisor de presión ha sido diseñado especialmente para la industria de procesos y medidas de vacío, presión relativa y absoluta rangos de gases, vapor, líquidos y polvo de hasta 600 bar, sensores de temperatura FLEXTOP 2231, sensores de flujo DFM 50C – K que tiene una capacidad de flujo de 1 L/H hasta 50 L/H (L/H: litro por hora) para petróleo y gas, un Controlador Lógico Programable PLC SIEMENS 7-1200, módulo RS-485 para la transmisión PROFIBUS DP, panel básico SIMATIC HMI, válvulas de compuerta y válvulas de bola para uso industrial en ductos petroleros. En la parte software necesitaremos un ordenador con el programa SCADA SYSTEM SIMATIX WIN CC, SIEMENS TIA PORTAL v13, los equipos necesario para los resultado son, la fuente de alimentación regulable de 0 a 12 voltios para alimentación del prototipo, osciloscopio para medir las señales analógicas provenientes de los diferentes sensores; manómetro medidor de vacío, para medir la presión del petróleo en los conductos.

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Fig. 3 Diagrama de Flujo correspondiente al programa para el lenguaje LADDER del control PID.

Empezando con la explicación del proyecto primero se hablara de la adquisición de las señales a través de los sensores colocados a lo largo de los conductos; para el Control de nivel de petróleo, se adquiere la señal a través de la sonda capacitiva GS4223 series, que genera una corriente en orden de los miliamperios de un rango de 4mA a 20mA, esta señal es acondicionada mediante una circuito de resistencias y así obtener una tensión de salida el cual deberá ser amplificada para posteriormente ser enviado a nuestro controlador lógico programable a través de una de las entradas analógicas para su operación; en el Control de flujo de petróleo, la señal será adquirida por medio del sensor de flujo (DFM 50C - K) que entrega una señal de tensión que varía en el rango de 0.7V hasta la tensión máxima que se le suministra a la alimentación, esta señal no necesita ser acondicionada, por lo contrario esta señal va directo del sensor a una entrada analógica del controlador lógico programable; para el control de temperatura, se emplea el sensor FLEXTOP 2231 que genera una corriente en el orden de los miliamperios en un rango de 4mA a 20mA y posteriormente será enviado a la entrada analógica de nuestro controlador lógico programable; y por último en el control de presión, se usara el sensor de presión XMP i para petróleo y gas el cual genera una corriente de 4mA hasta 20mA, el cuan también necesita un circuito de resistencia para acondicionar la señal a una tensión para posteriormente ser amplificado y enviado a la entrada analógica del controlador lógico programable, y con la válvula de compuerta y la válvula de bola se cerrara el flujo de petróleo para evitar derramamientos .

Ahora pasaremos a la instrucción escalamiento está relacionada con la adaptación de los valores de tensión o de corriente que están normalizados en diversos estándares para medir un determinado fenómeno físico. Los sensores o transductores en la mayoría de los casos vienen lineal izados por el fabricante, para una aplicación en particular por lo tanto se trabaja con líneas rectas. Lo mismo rige para los actuadores que en su mayoría responden a los estándares ya mencionados. Tenemos que adaptar estos rangos de fenómenos físicos diferentes a 4 y 20mA o 0 y 10v, cada entrada y salida analógica cuenta con un determinado número de bits que da la resolución y depende del fabricante y del modelo a emplear. Valor escalado significara adecuar la variable a medir a su lectura máxima y mínima en el proceso con la salida o entrada análoga y su número de bits respectivos.

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Fig. 4 Ejemplo del escalamiento de señales analógicas en el control lógico programable (PLC)

De las señales ya digitalizadas se procede a realizar la comparación de la señal de los sensores con una referencia establecida el cual asignamos previamente para obtener un rendimiento óptimo. Luego las señales pasan a ser procesadas en el CPU del controlador lógico programable SIEMENS7-1200 mediante el sistema de control PID, como se muestra en el diagrama de flujo del programa en la figura 3, y luego enviadas a la etapa de Potencia, en donde se procede a tener el control de los actuadores de las válvulas de compuerta o bola en caso no cumpla con las referencias establecidas, a la vez todos estos datos obtenidos son enviados a un ordenador y pantallas HMI para su respectiva supervisión.

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Fig. 5. Diagrama de bloques en una red mediante PROFIBUS en el PLC SIEMENS7-1200.

Teniendo en cuenta el funcionamiento de PROFIBUS del controlador lógico programable como se ve en la figura 5, emplearemos PROFIBUS DP, PROFIBUS FMS, PROFIBUS PA y TCP/IP para realizar la transmisión de las señales, previamente procesadas, a la etapa de visualización en el cual usaremos el módulo RS-485, que envía información vía Ethernet a una PC, para controlar y ver los datos de presión, temperatura, nivel de petróleo en la PC con un aplicativo hecho en SCADA SYSTEM SIMATIX WIN CC.

- RESULTADOS

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.

Como se muestra en la figura 6, El operador debe tener un control total del sistema de oleoductos, el programa elaborado en SCADA SYSTEM SIMATIX WIN CC, también debe tener la Exhibición de los valores obtenidos de los sensores

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