MANUAL DE INGENIERÍA DE DISEÑO VOLUMEN 9–II ESPECIFICACIÓN DE INGENIERÍA
PDVSA N
TíTULO
CONTROLADORES DE PROCESOS INDUSTRIALES
K–360
1
OCT.13
Revisión General
26
M.T.
N.V.
A.M.
0
AGO.94
Emisión Original
30
L.T
E.J.
A.N.
REV.
FECHA
APROB. Norma Vivas
PDVSA, 2005
DESCRIPCIÓN FECHA OCT.13
PAG. REV. APROB. APROB. APROB. Abel Márquez
FECHA OCT.13 ESPECIALISTAS
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“La información contenida en este documento es propiedad de Petróleos de Venezuela, Venezuela , S.A. Esta Esta prohibido su uso y reproducción total o parcial, así como su almacenamiento en algún sistema o transmisión por algún medio (electrónico, mecánico, gráfico, grabado, registrado o cualquier otra forma) sin la autorización por escrito de su propietario. Todos los derechos están reservados. Ante cualquier violación a esta disposición, el propietario se reserva las acciones civiles y penales a que haya lugar contra los infractores.” “Las Normas Técnicas son de obligatorio cumplimiento en todas las organizaciones técnicas como parte del Control Interno de PDVSA para salvaguardar sus recursos, verificar la exactitud y veracidad de la información, promover la eficiencia, economía y calidad en sus operaciones, estimular la observancia de las políticas prescritas y lograr el cumplimiento de su misión, objetivos y metas, es un deber la participación de todos en el ejercicio de la función contralora, apoyada por la Ley Orgánica de la Contraloría General de
la República y Sistema Nacional de Control Fiscal, Artículos 35–41 ”.
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Índice 1 OBJETIVO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 ALCANCE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 REFERENCIAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.1 3.2
Petróleos de Venezuela, S.A. (PDVSA) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . International Electrotechnical Commission (IEC) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4 DEFINICIONES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8 4.9 4.10 4.11 4.12 4.13 4.14 4.15 4.16 4.17
4 4 4 4 5
5
Características Industriales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Controlador Dedicado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Controlador Compartido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Control Lógico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Control Regulatorio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Control Secuencial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Controlador Programable . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Interruptor de Proceso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Programa de Aplicación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Proceso Industrial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Junta Fría de Termocupla (Termopar) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Enclavamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Entonación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Mnemónicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Control Avanzado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . NetDas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Sistema de Control Híbrido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 7 7 7 7 7 7
5 ABREVIATURAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7
5.1 5.2 5.3 5.4
PAC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . PAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . PLC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . PC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6 REQUERIMIENTOS GENERALES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 REQUERIMIENTOS DE DISEÑO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 CONFIGURACIÓN, PROGRAMACIÓN Y ENTONACIÓN . . . . . . . . 9 REDES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 PRUEBAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 EMBALAJE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7 7 7 8
8 12 16 17 17 18
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12 INSTALACIÓN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 DOCUMENTACIÓN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 FORMATO MODELO DE ESPECIFICACIÓN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 LICENCIAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 GARANTÍA Y CERTIFICADOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 SOPORTE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 SISTEMAS DE CONTROL PROPIETARIOS Y ARQUITECTURA CERRADA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 GUÍA DE SELECCIÓN DE CONTROLADOR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 TABLA DE PRIORIDAD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
19 19 20 20 20 21 21 21 26
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OBJETIVO Fijar los requerimientos técnicos de diseño de los controladores para la automatización de los procesos industriales de PDVSA, Filiales y Empresas Mixtas, definiendo las características, requerimientos funcionales, condiciones de servicio, seguridad e inmunidad electromagnética que deben tener, así como las consideraciones para su correcta instalación y operación. Este documento reemplaza a la norma técnica PDVSA K–308 “Distributed Control Systems”.
2
ALCANCE Este documento aplica tanto a los dispositivos o equipos desarrollados por PDVSA, Filiales y Empresas Mixtas como a los comercialmente disponibles en el mercado completamente construidos, ensamblados y certificados, para realizar tareas de control de máquinas o procesos industriales. No está dentro del alcance de este documento los controladores para Sistemas Instrumentados de Seguridad, ya que estos equipos se rigen por las normas técnicas PDVSA K–336, PDVSA K–337 y PDVSA K–363. No está dentro del alcance de este documento los controladores para aplicaciones de Protección física, ya que estos equipos se rigen por las normas técnicas PDVSA K–350 y PDVSA K–352. No están dentro del alcance de este documento los controladores para aplicaciones administrativas, vigilancias, edificaciones inteligentes, administración de energía y movilización tales como controles de accesos, controladores de inventarios y activos, controladores de ascensores, controladores de climatización y energía para edificios. Esta norma está orientada hacia controladores para procesos industriales, sin embargo, no excluye que pueda ser aplicada para procesos no industriales de PDVSA, Filiales y Empresas Mixtas.
3
REFERENCIAS Las siguientes normas y códigos contienen disposiciones que al ser citadas, constituyen requisitos de esta Norma PDVSA. Para aquellas normas referidas sin año de publicación será utilizada la última versión publicada.
3.1
Petróleos de Venezuela, S.A. (PDVSA) K–300 Lineamientos Generales de Instrumentacion, Automatización y Control. K–309 Sistemas SCADA. K–330 Control Panels and Consoles.
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K–336 Sistemas Instrumentados de Seguridad: Seguridad Funcional para Procesos Industriales. K–337 Furnace and Boiler Instrumentation. K–342 Design Criteria for Fiscal, Sale and Custody Transfer Measurement Systems. K–350 Diseño e Implementación de Sistemas de Detección de Intrusos. K–352 Diseño e Implantación del Sistema de Control de Acceso. K–362 Redes Digitales para Control de Procesos Industriales. K–363 Sistemas Instrumentados de Fuego y Gas. IR–S–06 Manejo del Cambio. 90620.1.204 Sistemas para Control de Procesos. 90620.1.205 Controlador Lógico Programable – Especificaciones Genéricas. 90620.1.206 Válvulas Reguladoras de Presión/Flujo – Especificaciones Genéricas. 90620.1.207 Controlador
3.2
Dedicado.
International Electrotechnical Commission (IEC) 848 Preparation of function charts for control systems. 61131–1 Controladores programables (PLC). Información general. 61131–2 Controladores programables (PLC). Requerimientos y pruebas. 61131–3 Controladores programables (PLC). Lenguaje de programación. 61131–4 Controladores programables (PLC). Guía para el usuario. 61131–5 Controladores programables (PLC). Comunicaciones. 61508 Functional safety safety–related systems.
4
of
electrical/electronic/programmable
electronic
DEFINICIONES En este documento se usa la terminología definida en la norma PDVSA K–300. Adicionalmente se usan los siguientes términos.
4.1
Características Industriales Son aquellas características de construcción y robustez que permiten a los equipos funcionar en forma confiable y segura en ambiente con interferencias electromagnéticas, vibración, temperatura y humedad extrema.
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Controlador Dedicado Es un dispositivo que controla una sola variable.
4.3
Controlador Compartido Es un dispositivo que puede realizar el control de dos o más elemento finales.
4.4
Control Lógico Es el modo de control en donde se ejecutan las acciones o eventos según el cumplimiento de condiciones o estados.
4.5
Control Regulatorio Es el modo de control en el que la acción de control es proporcional a la magnitud de la desviación del valor de una variable respecto al valor deseado.
4.6
Control Secuencial Es el modo de control en donde se ejecutan las acciones o eventos en una secuencia predeterminada.
4.7
Controlador Programable Es un dispositivo programable, con características industriales, especialmente diseñado para el control de máquinas o procesos.
4.8
Interruptor de Proceso Es un controlador tipo On–Off o de dos posiciones activado por una variable de proceso.
4.9
Programa de Aplicación Es una estructura lógica que usa elementos del lenguaje de programación que necesita un sistema de controlador programable para el procesamiento de señal requerido para el control de una máquina o proceso.
4.10
Proceso Industrial Es aquel desarrollo sistemático que conlleva una serie de pasos ordenados, los cuales se encuentran estrechamente relacionados entre sí y cuyo propósito es llegar a un resultado preciso. Ejemplos de algunos procesos industriales son: Depuración de gas, almacenamiento y transporte de crudo, refinación de crudo, generación de electricidad, entre otras.
4.11
Junta Fría de Termocupla (Termopar) Es el extremo en donde los cables de una termocupla se conectan al instrumento de medición.
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Enclavamiento Es un dispositivo mecánico o virtual que mantiene la condición de estado de cierto mecanismo para habilitar o no su accionamiento.
4.13
Entonación Es un proceso de ajuste de los parámetros de acción de un controlador para obtener la mejor respuesta (mínima sobre respuesta y oscilación) a una perturbación de la variable de proceso.
4.14
Mnemónicos Es una palabra de fácil memorización que sustituye un código o conjunto de instrucciones o nombres.
4.15
Control Avanzado Es un término amplio en la teoría de control compuesto por diferentes herramientas de diferentes disciplinas: ingeniería de control, procesamiento de señales, estadísticas, teoría de decisiones, inteligencia artificial, entre otros, para el control multivariable de procesos y control discreto.
4.16
NetDas Es un controlador PAS desarrollado por PDVSA INTEVEP, el cual integra funciones de adquisición, almacenamiento y distribución de datos, controlador lógico programable, interfaces hombre máquina, base de datos relacional y servidor web. Puede soportar una amplia gama de aplicaciones de automatización tanto de procesos industriales como de edificaciones.
4.17
Sistema de Control Híbrido Es un sistema integrado de control compuesto por diferentes tipos de controladores.
5
ABREVIATURAS 5.1
PAC Programmable Automation Controller. Ver PAS.
5.2
PAS Sistema de Automatización Programable.
5.3
PLC Controlador Lógico Programable.
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PC Computador de Escritorio.
6
REQUERIMIENTOS GENERALES La integración de controladores industriales a la capa de supervisión y las redes de campo bajo protocolos deben estar enmarcados en la norma técnica PDVSA K–362.
6.1
Para realizar las funciones de control de los procesos industriales de PDVSA no se deben usar prototipos, ni circuitos o equipos experimentales o en proceso de desarrollo de su diseño.
6.2
Un controlador de procesos industriales debe ser capaz de realizar una o varias de las siguientes tareas de control:
6.2.1
Cambiar automáticamente la condición de un circuito eléctrico, neumático o hidráulico, la posición de una leva, valor de una señal analógica o discreta de control cuando detecta que la variable de control alcanza un valor predeterminado.
6.2.2
Cambiar automáticamente la condición de un circuito eléctrico, neumático, hidráulico, valor de una señal analógica o discreta de control siguiendo una secuencia o lógica predeterminada.
6.3
Los controladores de procesos industriales y sus periféricos asociados están diseñados para ser usados en ambientes industriales, y pueden ser provistos como equipos abiertos o instalados dentro de un gabinete.
6.4
Si un controlador o periféricos asociados se va a usar en otros tipos de ambiente, entonces se deben aplicar los requerimientos específicos, estándares y prácticas de instalación para ese tipo de ambiente (ver norma técnica PDVSA K–330).
6.5
Los controladores de procesos industriales y sus periféricos asociados deben estar diseñados y fabricados para operar en forma segura y confiable bajos las condiciones de temperatura, humedad, altitud, nivel de contaminación, vibraciones, choque, caídas libre, corrosión y alimentación eléctrica (en los equipos que los requieran) definida en el estándar IEC 61131–2.
6.6
Las características de robustez eléctrica y mecánica de las salidas y entradas de los controladores de procesos industriales deben cumplir con el estándar IEC 61131–2.
6.7
El diseño, construcción, identificación de los controladores de procesos industriales se debe realizar de acuerdo al estándar IEC 61131–2.
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6.8
Todo controlador de procesos industriales debe pasar satisfactoriamente las pruebas indicadas en el estándar IEC 61131–2.
6.9
Todo controlador de procesos industriales debe estar compuesto, al menos por los siguientes componentes:
6.9.1
Una unidad de procesamiento de información de la señal de entrada, y como resultado genera una acción o señal de salida. Esta unidad de procesamiento puede ser mecánica (por ejemplo: tobera–obturador, balance de fuerza), eléctrica (por ejemplo: regulación corriente o voltaje mediante variación resistencia o campo magnético) o electrónica/digital (por ejemplo: CPU).
6.9.2
Sistema de entrada/salida y capacidad para convertir o acondicionar las señales en los casos donde se requieren.
6.9.3
Panel de conexiones o terminales de las señales de entrada/ salida y fuente de energía en los casos donde se requiera.
6.9.4
Módulo de acondicionamiento y distribución de energía, en los casos que se requieren.
6.9.5
Gabinete o carcaza.
6.9.6
Interfaz con el usuario, en los casos que se requieran.
6.9.7
Interfaz con consola y/o estación de ingeniería / mantenimiento, en los casos que se requiera.
6.9.8
Programas de aplicación (en los casos que se requieran) que incluyan: la lógica o algoritmo (para control, adquisición, y acondicionamiento de datos), despliegues en consola, aplicaciones (de diagnósticos, configuración, programación), entre otros.
6.9.9
Comunicación con equipos y/o sistemas de terceros, en los casos que se requiera.
6.9.10
Capacidad de memoria en los casos donde aplique.
6.9.11
Documentación (ver norma técnica PDVSA K–300).
6.10
Desde el punto de vista de cantidad de variables que un controlador puede controlar, se puede clasificar en:
6.10.1 a.
Controlador Dedicado En los procesos con pocas variables a controlar y en donde no es necesario la supervisión remota de los lazos de control y medición, se debe considerar como primera opción el uso de controladores dedicados de tipo local.
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b.
Pueden ser equipos para instalación local provistos con gabinete apropiado para las condiciones ambientales y la clasificación de área del sitio en donde se instala, para ser empotrado en un panel/tablero o instalado dentro de otro gabinete.
c.
Se requiere un controlador dedicado para cada variable a controlar. El modo de control que se puede realizar es regulatorio sencillo (proporcional (P), proporcional integral (PI) o proporcional, integral y derivativo (PID)) o lógico sencillo de dos estados (on–off). La manipulación u operación del controlador se debe realizar directamente en el equipo, donde la capacidad de corrección remota del punto de ajuste no esté disponible en todos los equipos.
d.
En la categoría de controlador dedicado se incluyen: – Controlador regulatorio dedicado tipo P, PI o PID. – Controlador On–Off. – Controlador auto operado (regulador). – Controlador especializado (por ejemplo: tratamiento térmico, controlador numérico de herramientas, controlador de llenado, entre otros).
e.
Las características principales del controlador dedicado se muestran en la Tabla 1.
TABLA 1. CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES DEL CONTROLADOR DEDICADO Tipo Control on–off Control P Control PI Control PID Regulador Especializado
6.10.2 a.
Offset X
X
Banda Muerta
Con Sensor
Auto/ Manual
X X X X X X
X
X X X X
X
Con Elemento Final de Control
X X
Controlador Compartido Dentro de esta categoría están los equipos/sistemas programables para control secuencial y lógico, así como los equipos/sistemas para control regulatorio usados en procesos con una o más de las siguientes características: – Elevada cantidad de variables y parámetros a controlar que obliga al uso de muchos controladores (límite sugerido 10 ó más). – Cantidad de lógica y secuencia de operación que requiere el uso de un número elevado de relevadores electromecánico (límite sugerido 5 ó más) o de contactos (límite sugerido 15 ó más). – Requiere algoritmo de control avanzado o complejo. – Control para múltiples variables.
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b.
Generalmente son sistemas conformados por un conjunto de equipos electrónicos/digitales con funciones especializadas y controlado por una unidad de procesamiento con sistema operativo propietario y aplicaciones que operan bajo licencias. Sin embargo, se debe dar preferencia al uso de sistemas operativos y aplicaciones basados en software libre.
c.
Los controladores compartidos de mayor uso son: – Sistema de Control Distribuido (DCS) – Controlador Lógico Programable (PLC) – Sistema para Automatización Programable (PAS/PAC). – Aplicaciones de control para PC.
d.
Cada uno de estos sistemas de controladores tiene características funcionales especializadas y bien definidas.
e.
Los Sistemas de Control Distribuido (DCS), son equipos especializados para aplicaciones de control regulatorio de variables analógicas. Normalmente usan controladores con procesador redundante, con capacidad para manejar hasta 256 o más lazos de control en un solo controlador. Se pueden implantar algoritmo de control complejo. Generalmente son de arquitectura propietaria y cerrada.
f.
Los Controladores Lógicos Programables, son equipos especializados para aplicaciones de control secuencial y lógica.
g.
Las aplicaciones de control para PC, son programas propietario para ejecutar tareas de control, de costo relativamente más bajo en comparación con los DCS y PLC, para ser ejecutado en una computadora personal. Este tipo de aplicaciones están orientados hacia procesos pequeños y no críticos debidos al uso de sistema operativo y equipos no diseñados para ambientes industriales. Requiere la incorporación de tarjetas de interfaces de salida/entrada en la PC.
h.
Actualmente los microprocesadores de alto rendimiento permiten incorporar funciones de lógica secuencial y manejo eficiente de señales discretas en los DCS, así como la ejecución de control regulatorio en los PLC, minimizando las diferencias y capacidades funcionales entre ellos.
i.
Asimismo, ha surgido una nueva generación de PC industrial, denominada Sistema de Automatización Programable (PAS/PAC), con funciones de control tanto de lógica secuencial como regulatorio, combinado con la capacidad de procesamiento de una computadora.
j.
Algunos fabricantes los comercializan como PLC de alto rendimiento. La diferencia principal de los PAS/PACs con respecto a los DCS y PLC tradicionales, es que los PAS/PAC son sistemas de arquitectura abierta, diseñado con las mejores características de PLC, DCS y PC, orientado para aplicaciones de control de tareas avanzadas, ejecutadas generalmente mediante una aplicación
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migrable entre cualquier procesador, y desarrollada en lenguaje compilado de alto nivel, con acceso directo a las entradas y salidas mediante el uso de dirección lógica y base de datos de las etiquetas de las entradas y salidas. k.
Los PAS/PAC se pueden programar en bloques de funciones, texto estructurado o diagrama de escalera, lista de instrucciones, diagrama secuencial de funciones, entre otros, los cuales están definido en el estándar IEC 61131–3.
l.
Las características principales del controlador compartido se muestran en la Tabla 2.
TABLA 2. CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES DE CONTROLADOR COMPARTIDO Controlador DCS PLC SCADA Aplicación en PC PAS/PAC
Secuencial x x x
Lógica opcional (4) x (3) x x
Regulatorio Estándar(1)
Regulatorio Complejo(2)
x opcional
x
x x
x
Supervisión x opcional x x x
Notas: (1): P, PI, PID, cascada, rango partido, relación, entre otros. (2): Algoritmos especiales, multivariables, control por lote (batch), lógica difusa, redes neuronales, sistemas expertos, entre otros. (3): Lazo de control abierto. (4) Aplica para funciones lógicas convecionales. m.
7
En los procesos de la industria petrolera la mayoría de las aplicaciones son de control secuencial, lógica, regulatorio estándar y de supervisión, existiendo un porcentaje bastante pequeño de control regulatorio complejo y técnicas de control no convencionales tales como lógica difusa y otras aplicaciones especiales mediante programas de computación, por lo que con una combinación apropiada de PLC, PAS/PAC y SCADA se puede conformar un sistema híbrido para cubrir cualquier necesidad de control, de forma óptima, segura y confiable para el área de Exploración y Producción como de Refinación.
REQUERIMIENTOS DE DISEÑO 7.1
El tipo de controlador a usar se debe seleccionar de acuerdo a las Tablas 4, 5 y 6 (ver sección 19) y Tabla 7 (ver sección 20).
7.2
Todo controlador compartido debe estar diseñado en forma modular y realizar las siguientes funciones sin menoscabo de poder adicionar otras actividades:
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– – – – –
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Procesamiento de señal. Acondicionamiento de señal. Conectividad con Interfaz humano – máquina. Interfaz con sensores y actuadores (I/O). Facilidades para entonación, configuración y/o programación.
– Alimentación eléctrica. – Capacidad para comunicación con elementos inteligentes (ver norma técnica PDVSA K–362). Capacidad de diágnostico de componentes principales (falla ciclo de procesador principal, falla de memoria RAM y PROM, falla de comunicación, falla de direccionamiento o de interfaces de E/S, falla de alimentación, falla de ventilador cuando aplique).
7.3
Capacidad de redundancia de: – Controlador. – Comunicación. – Fuente de poder. En los casos donde aplique, módulos de entradas/salidas (analógicas y/o digitales) acorde al diseño.
7.4
Todo controlador debe estar integrado por componentes que permitan realizar, de manera óptima y confiable, las funciones mínimas indicada en el punto 7.2. Asimismo deben tener la capacidad de otorgar los valores de disponibilidad y confiabilidad requeridos según las condiciones operacionales de un proceso en particular.
7.5
La arquitectura de los sistemas de controlador compartido debe ser abierta y cumplir con norma técnica PDVSA K–309 para la integración con el SCADA GALBA.
7.6
En los casos en que la administración y control de todas las funciones del controlador compartido es ejecutada por un Sistema operativo, este preferiblemente debe ser de tipo “software libre” y código abierto.
7.7
El sistema operativo debe permitir que después de una interrupción de la alimentación eléctrica el controlador pueda re–arrancar de una de las siguientes tres maneras: – Arranque manual o automático en frío, en donde toda la data dinámica son reposicionadas a un valor predeterminado.
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– Arranque en tibio, con un conjunto predeterminado de datos remanentes y un predeterminado contexto del programa de aplicación del sistema. – Arranque en caliente, se debe realizar dentro de un lapso máximo, en la que toda la información de E / S y otros datos dinámicos, así como el contexto del programa de aplicación son restaurados o no se realizan cambios.
7.8
Todos los componentes y accesorios que conforman el controlador debe ser de tipo industrial, con las características mínima de robustez e inmunidad definida en la sección 4 de la norma IEC 61131–2.
7.9
Los controladores que conforman Sistemas Instrumentados de Seguridad (SIS) debe seguir las normas IEC 61508, PDVSA K–336 y PDVSA K–363.
7.10
Los componentes y accesorios que conforman los controladores compartidos deben tener, como mínimo, los requerimientos funcionales definidos en la norma IEC 61131–2.
7.11
Todo controlador debe cumplir los requerimientos de inmunidad electromagnética (EMC) definida en la norma IEC 61131–2.
7.12
Todo controlador compartido de tipo programable debe cumplir los requerimientos de seguridad y protección definidos en la norma IEC 61131–2.
7.13
Todo controlador compartido de tipo programable debe tener memoria al menos para: – Almacenar el programa de aplicación y valores iniciales para los datos del programa de aplicación. – Almacenar la imagen de la tabla de entrada/salida y los datos requeridos durante la ejecución del programa de aplicación.
7.14
Todo controlador compartido debe poseer diferentes tipos de entradas/salidas para permitir la conexión con sensores y actuadores en un amplio rango de valores de señales de entrada y salida, así como métodos de procesamiento, conversión y aislamiento de las señales.
7.15
Aquellos controladores que posean capacidad de comunicación con otros sistemas, deben realizar las siguientes funciones en lo que a tareas de comunicación se refiere: verificación del estado y/o condiciones del controlador, adquisición de datos, generación de informe de alarmas, control de ejecución del programa para el manejo de Entradas/Salidas, administración y/o transferencia del programa de aplicación del controlador (desde o hacia dispositivo externo).
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7.16
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Todo controlador compartido debe poseer diferentes puertos de comunicación que permitan la integración de las respectivas interfaces hombre – máquina de acuerdo a la norma técnica PDVSA K–309 para: – Proveer al operador con la información necesaria para monitorizar (monitorear) la operación del proceso o máquina. – Permitir al operador interactuar con el sistema del controlador y su programa de aplicación para tomar decisiones y realizar ajustes.
7.17
La fuente de alimentación de cualquier controlador eléctrico/electrónico debe generar los voltajes necesarios para hacer funcionar el controlador y, en general también proporcionar señales de control para la correcta sincronización del equipo. Pueden existir varias fuentes de energía dependiendo de las tensiones de alimentación, consumo de energía, conexión en paralelo, y requisitos para la operación ininterrumpida.
7.18
Todo sistema de controlador compartido se debe diseñar con la siguiente capacidad de reserva instalada: – 30% de espacio en armarios y/o gabinetes. – 30% de puntos de entradas/salidas. – 30% de capacidad de la fuente de poder para el controlador (incluye instrumentación asociada). – 100% de memoria adicional a la requerida según cálculo.
7.19
Todo controlador compartido debe tener reloj de tiempo real con resolución de 10 mseg o menor.
7.20
Todo controlador compartido debe ser capaz de realizar lectura/escritura de todas sus entradas y salidas cada 250 mseg o menor.
7.21
Cada entrada y salida de señal eléctrica de cualquier controlador debe estar protegida con fusibles apropiados según tipo de señal, con respectiva indicación del estado del fusible.
7.22
Todas las entradas de termocuplas deben estar provistas con junta fría de compensación y módulo de linealización.
7.23
La conversión análogica–digital y digital–analógica debe tener, como mínimo, las características indicadas en la Tabla 3.
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TABLA 3. CARACTERÍSTICAS DE LA CONVERSIÓN ANÁLOGICA–DIGITAL Y DIGITAL–ANALÓGICA Analógica–digital Digital–analógica Resolución Linealidad Repetibilidad Precisión
7.24
14 bits + 1 bit (LSB) + 1/2 bit (LSB) + 0,1% plena escala
12 bits + 1 bit (LSB) + 1/2 bit (LSB) + 0,25% plena escala
El controlador compartido debe tener los siguientes limitativo):
tipos de entradas (no
– Digital de 24 VCD opto acoplado. – Digital 120 VAC opto acoplado (sólo casos especiales cuando se requiera ese nivel de tensión, previa aprobación de PDVSA). – Analógica de 4–20 mA/1–5 V DC, 2 hilos. – Analógica de 0–50 mV DC, 2 hilos. – Termocuplas tipo ANSI J, K, E, T, B, S, R. – RTD, 10 ohmios, cobre, 2, 3 y 4 cables. – RTD, 100 ohmios, platino, 2, 3 y 4 cables. – RTD, 120 ohmios, níquel, 2, 3 y 4 cables. – Pulsos o frecuencia, hasta 20 kHz
7.25
El controlador compartido debe tener los siguientes tipos de salidas (no limitativo): – Analógica de 4–20 mA DC, 2 hilos. – Digital a través de relé de contacto seco, 24 a 120V DC o AC, 2 A, configurable con retardo de tiempo o instantáneo, temporal o con enclavamiento, contacto normalmente cerrado o abierto. – Pulsos o frecuencia.
7.26
Todo controlador compartido programable debe ser provisto con funciones o facilidades de diagnósticos y pruebas para: – Verificar el estado de los sensores y actuadores conectados al controlador – Forzar el estado de señal de los sensores y actuadores conectados al controlador – Verificar la secuencia de ejecución del programa de aplicación – Definir o reposicionar valores de variables
8
CONFIGURACIÓN, PROGRAMACIÓN Y ENTONACIÓN 8.1
Todo controlador debe estar provisto con los medios para realizar los ajustes de configuración y/o entonación de los respectivos parámetros y límites operacionales.
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8.2
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Los controladores programables deberán usar programas desarrollados con alguno de los siguientes lenguajes (no limitativo): – Lenguaje de programación definido por la norma IEC 61131–3. – Lenguaje compilado de alto nivel tal como C++. – Grafcet definido por la norma IEC 848.
9
8.3
El controlador debe ser suministrado con las herramientas y aplicaciones necesarias para realizar apropiadamente las labores de configuración, programación y/o entonación. Las herramientas y aplicaciones para la programación deben tener funciones que faciliten la realización de cambios, ajustes y correcciones en el programa.
8.4
Las funciones de diseños son (no limitativo a estas): edición, tanto para caracteres, instrucciones, módulos, etc. Estas herramientas y aplicaciones deben permitir la verificación y prueba del programa, verificación de los estados de salidas/entradas y funciones internas, revisión de la secuencia de ejecución, ejecución paso a paso, variación de los ciclos de tiempo de ejecución, comandos de parada de ejecución, entre otros.
8.5
Todo controlador programable debe ser suministrado con una aplicación que permita el respaldo del archivo del programa de aplicación, configuración y/o parámetros en medios de almacenamiento no volátil externo, tales como flash, tarjetas de PC, EEPROM, EPROM, discos magnéticos, ópticos, entre otros.
8.6
Todo cambio en configuración y programación debe regirse por la norma técnica PDVSA IR–S–06 y los manuales de procedimientos de planta.
REDES 9.1
La arquitectura de red de comunicación y tipo de redes que se deben usar para la comunicación del controlador, con otros sistemas y dispositivos, se define en la norma técnica PDVSA K–362
9.2
La manera de cómo se manejan las comunicaciones en un controlador, tanto internamente como con sistemas externos, se define en la norma IEC 61131–5.
10 PRUEBAS 10.1
Las pruebas que el fabricante del controlador debe realizar para asegurar el cumplimiento de la robustez, inmunidad y funcionalidad del controlador se definen en la norma IEC 61131–2.
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10.2
Se debe considerar la realización satisfactoria de la prueba de Fábrica (FAT) como requisito previo para que el fabricante pueda despachar el controlador. El alcance de las pruebas deberá cubrir el 100% del hardware y software adquirido.
10.3
Una vez completada la instalación física del controlador, se debe realizar una prueba en sitio (SAT). La completación satisfactoria del SAT debe ser requisito previo para poder iniciar las actividades de puesta en servicio del controlador. El alcance de las pruebas deberá cubrir el 100% del hardware y software adquirido.
10.4
En caso de integración funcional con paquetes de terceros, se deberá garantizar dicha integración (100%) con simuladores aprobados por PDVSA durante las FAT.
10.5
Los protocolos de pruebas para el FAT y SAT del controlador, deben ser elaborados por el fabricante de acuerdo a la arquitectura y características particulares del sistema de controladores.
10.6
Las pruebas se realizarán quince días después de aprobados los protocolos correspondientes por PDVSA.
10.7
Los informes y reportes de resultados de las pruebas FAT y SAT deben formar parte de los documentos del controlador, que se deben entregar a PDVSA.
10.8
El personal que debe participar en las FAT deberá ser especialista en las áreas de operaciones, automatización, mantenimiento, y personal asociado al desarrollo del proyecto (no limitativo a éstas).
10.9
Se prohíbe aceptar el suministro de ningún controlador que no haya sido sometido a las pruebas indicadas en este documento.
10.10
Las pruebas SAT se deberán realizar previo a las pruebas de pre–arranque (commissioning) con la suficiente anticipación como para corregir posibles fallas detectadas durante dichas pruebas.
11 EMBALAJE 11.1
El fabricante debe garantizar el embalaje del equipo, de manera tal que asegure su adecuada protección contra golpes, vibración, alta temperatura, hurtos, entre otros, desde la fábrica hasta el almacén o sitio donde será instalado.
11.2
El responsable del proyecto deberá garantizar las condiciones ambientales mínimas (temperatura, humedad, entre otros) del sitio donde será almacenado el controlador.
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12 INSTALACIÓN 12.1
Los controladores deben tener un diseño robusto apropiado para ser operados en ambiente industrial, sin embargo, su instalación debe ser apropiada para garantizar las condiciones de servicio especificadas para el controlador.
12.2
Para asegurar las condiciones óptimas de servicio especificadas para el equipo, en aquellas aplicaciones en donde se requieran, se debe considerar el uso de gabinete especial, método de enfriamiento, protección contra ruido eléctrico e interferencia electromagnética, protección contra exceso de vibración e impacto, clasificación de área, (no limitativo a éstas).
12.3
El sistema de puesta a tierra debe cumplir con la norma IEC 61131–4.
12.4
Para minimizar los efectos de la interferencia electromagnética se debe considerar las reglas de instalación definidas en la norma IEC 61131–4.
13 DOCUMENTACIÓN 13.1
El fabricante/proveedor del controlador debe suministrar, (no limitativo a ésta), la información indicada en la norma IEC 61131–2
13.2
Carpeta estructurada (Dossier o Expediente) con los detalles de fabricación del equipo y certificación de origen, carpeta estructurada con información de software de programación y carpeta estructurada con los manuales de equipos (incluye descripción de partes del equipo). Se deberá suministrar, como mínimo, un original y tres (03) copias de estas carpetas en físico y seis (06) copias en digital (tres en formato original editable y tres visados en formato pdf).
13.3
Diagramas de diseño del sistema (resultante de la ingeniería de detalle).
13.4
Todo sistema de controlador debe ser provisto con un paquete de documentación, en idioma español, que describa completamente el equipo o sistema. El paquete de documentación debe consistir en: a.
Descripción de la configuración de hardware.
b.
Documentación del programa de aplicación que consiste en: – Listado del Programa, con los mnemónicos para las señales y los datos a procesar. – Tablas de referencia para todos los datos a procesar (entradas/salidas, las funciones internas tales como datos almacenados, temporizadores, contadores, entre otros).
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– Los comentarios asociados a todas las funciones de la estrategia de control.
14 FORMATO MODELO DE ESPECIFICACIÓN Las especificaciones detalladas para sistemas de Digitales de Monitoreo y Control para Procesos Industriales (BPCS) deben cumplir con lo indicado en la norma técnica PDVSA 90620.1.204.
15 LICENCIAS 15.1
Adicional a las licencias de las aplicaciones funcionales del controlador programable, se debe solicitar y adquirir, cuando así se requiera, las licencias de los programas de aplicaciones que se van a ejecutar en el sistema.
15.2
Existen diferentes modalidades de licencias y de ser esto negociable, se debe optar por la modalidad que ofrezca los mayores beneficios al menor costo a lo largo del ciclo de vida del sistema de controlador programable y del proceso o máquina que controla.
15.3
Se debe exigir la portabilidad de licencia de uso de software.
15.4
Las licencias de Uso y Distribución deben cumplir con los siguientes requerimientos: – No debe caducar hasta la culminación de la vida útil del equipo. – Las correcciones de los problemas funcionales o de seguridad (parches) deben ser notificadas y suministradas por el fabricante sin costo adicional.
15.5
Las licencias de Desarrollo deben cumplir con los siguientes requerimientos: – No debe caducar independientemente de la culminación de la vida útil del equipo. – Las correcciones de los problemas funcionales o de seguridad (parches) deben ser notificadas y suministradas por el fabricante sin costo adicional.
16 GARANTÍA Y CERTIFICADOS 16.1
El controlador debe tener una garantía del fabricante de por lo menos dos (02) años después de la fecha de entrega.
16.2
La garantía de no obsolescencia de la tecnología del controlador debe ser, de diez (10) años.
16.3
La garantía de reposición de repuestos debe ser, de dos (2) años, después de la puesta en marcha del controlador.
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17 SOPORTE 17.1
Para garantizar la continuidad operacional del controlador se debe preveer la capacitación del personal (instalación y configuración, programación, operación y mantenimiento), a través de los departamentos de adiestramiento de los proveedores o terceros certificados en la materia, a fin de que con recursos propios puedan ejecutarse los mantenimientos preventivos y correctivos (en un porcentaje no menor de 80%).
17.2
Adicionalmente, en caso de ser necesario puede aplicarse la siguiente estrategia: a.
Contrato de mantenimiento a solicitud, que incluye servicios de asesoría técnica con personal calificado y certificado, mantenimientos correctivos y suministro de repuestos. Los mantenimientos preventivos serán realizados con recursos propios.
18 SISTEMAS DE CONTROL PROPIETARIOS Y ARQUITECTURA CERRADA 18.1
Se deben realizar estudios de funcionalidad (obsolescencia, disponibilidad y confiabilidad) de los sistemas de control existentes con arquitectura cerrada y sistemas operativos propietarios. Dependiendo de estos estudios, dichos sistemas podrán seguir operando hasta el fin de la vida útil de su actual versión, debiendo planificarse su reemplazo por equipos o sistemas de arquitectura abierta orientados hacia la soberanía tecnológica.
18.2
Sólo se permitirá la expansión de la capacidad de los sistemas de control propietarios y arquitectura cerrada existente, si se requiere la expansión de la planta o proceso que controla, siempre y cuando no se requiera la actualización del sistema de control, y la vida útil remanente de la versión del sistema de control existente sea mayor a 5 años.
19 GUÍA DE SELECCIÓN DE CONTROLADOR Las Tablas 4, 5 y 6 son guías que ayudan a realizar la selección. Las Guías de Especificaciones Modelos para selección de los diferentes tipos de controladores son: – PDVSA 90620.1.204 Sistemas para Control de Procesos. – PDVSA 90620.1.205 PLC. Especificaciones Genéricas. – PDVSA 90620.1.206 Válvulas Reguladoras de Presión/Flujo. Especificaciones Genéricas.
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– PDVSA 90620.1.207 Controlador Dedicado.
TABLA 4. SELECCIÓN DE CONTROLADOR SEGÚN TIPO DE CONTROL po Controlador
Dedicado
Tipo de Equipo Interruptor proceso
de
On–O ff
Regulatorio
Tipo de Control Lógica y Batch secuencial
Avanzado
uperv s n Remota
A
Regulador
A
Controlador P, PI o PID
A
Especializado(7)
Compartido
Aplicación especial
DCS(1)
A(2)
A
opcional
A
opcional
A
A
R(6)
PLC(1)
R
A(3) (6)
PLC con módulo control regulatorio(1)
R
A
A
A
PAS/PAC (1)(4)
R
A
A
A
A
A
A(6)
Híbrido(1)
R
A
A
A
A
A
A(6)
A
A(3) (6)
SCADA(5)
A
NOTA: A: Aceptable R: Regular, existen opciones más eficiente y económica (1): Sólo sistema de arquitectura abierta y Sistema Operativo de software libre. Caso contrario debe estar justificado técnicamente por el representante de PDVSA responsable del proyecto. (2): En los casos de pocos lazos de control regulatorio, solo económicamente justificable en control multivariables y algoritmo complejo difícil de implantar en PLC o PAS/PAC. (3): Solo como equipo de campo para la adquisición de data. Se debe complementar con un SCADA. (4): Existe desarrollo de PDVSA denominado Net–Das. (5): Se incluye en esta categoría la consola usada por el operador para comunicarse con el proceso en cualquier sistema de control compartido. No se incluye en esta categoría la estación o consola de mantenimiento y/o ingeniería. Existe desarrollo de PDVSA denominado SCADA GALBA. (6): La IHM debe ser SCADA GALBA. (7): Ejemplos: Tratamiento térmico, frecuencia/velocidad, entre otros.
surge,
pump–off,
variador
de
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TABLA 5. GUÍA DE SELECCIÓN SEGÚN REQUERIMIENTO Y CARACTERÍSTICAS FUNCIONALES APLICACIÓN RECOMENDACIÓN Activación – Desactivación sin monitoreo
Interruptor de proceso
Control proporcional local de presión o flujo sin monitoreo
Regulador de presión o flujo
Control regulatorio PID con o sin monitoreo local
Controlador dedicado
Control de una sola área, principalmente secuencial y hasta 5 lazos control/medición regulatorio simple
PLC
Control de una sola área, principalmente secuencial y con 6 hasta 30 lazos control/medición regulatorio
PAS/PAC
Control de una sola área, principalmente secuencial y con más de 30 lazos control/medición regulatorio
Híbrido (DCS + PLC) (1)
Control múltiples áreas, principalmente secuencial y hasta 5 lazos control/medición regulatorio por área, con total hasta 30 lazos
PLC en cada área y un PLC centralizado
Control múltiples áreas, principalmente secuencial y con 6 a 10 lazos control/medición regulatorio regulatorio por área, con total hasta 50 lazos
PAS/PAC en cada área y un PAS/PAC centralizado
Control de una sóla área con poco control secuencial y hasta 50 lazos control/medición regulatorio regulatorio
PAS/PAC
Control de una sóla área con más de 50 lazos control/medición regulatorio regulatorio en conjunto con ctrol secuencial
DCS
Control de múltiples áreas con un total de más de 50 lazos control/medición regulatorio regulatorio en conjunto con ctrol secuencial
DCS
Solo monitoreo remoto y manejo de información. Comando remoto manual
SCADA
Requerimiento del Paquete o Unidad: alta velocidad, disponibilidad, estándar del fabricante, entre otros.
PLC, PAS/PAC o DCS dedicado para el paquete o unidad que se comunica con sistema de mayor nivel para transferencia de información.
NOTA: (1) Revisar caso, puede ser DCS solo, se usaría PLC o PAS/PAC si existe paquete con PLC o PAS/PAC.
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TABLA 6. GUÍA DE SELECCIÓN SEGÚN APLICACIÓN DE PROCESOS Proceso / Sistema
Arquitectura del Sistema PLC
SCADA
DCS
Comentarios
PAS/ PAC
HIBRIDO (1)
(1) PLC+PAS/PAC
(1)
(1) PLC+PAS En conjunto con variador de frecuencia En conjunto con variador de frecuencia
(1)
En conjunto con variador de frecuencia, válvula multipuesto y medición multifásica
Pozos 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Control de pozos Medición de fluidos en pozos Inyección de agua en pozos Inyección de gas o Gas Lift Inyección vapor Balancín BES (Bomba Electro Sumergible) BCP (Bomba Cavidad Progresiva) Inyección de química Macollas de producción
(1) PLC+PAS
Transporte 14 15 16 17
Operación válvulas Medición P, F, T Monitoreo corrosión Monitoreo fuga
18
Detección interfaz
cochino
/
(2)
(3)
(2) para ESD se debe usar SIS
En conjunto con medición de flujo másico y perfil de presión (3) Utilizar sólo en caso de tener disponibilidad en controlador existente utilizado en otro proceso
Estaciones de Flujo/Recolección 22
Proceso
Incluye aplicación prueba de pozo
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TABLA 6 GUÍA DE SELECCIÓN SEGÚN APLICACIÓN DE PROCESOS (CONT.) Proceso / Sistema
Arquitectura del Sistema PLC
SCADA
DCS
PAS/ PAC
Comentarios
HIBRIDO
Almacenamiento 28 29
Proceso Fiscalización
En conjunto con computadora de flujo y/o Sistemas medición nivel en tanques. Estos equipos deben ser aprobados por el ente responsable nacional. Ver norma técnica PDVSA K–342
Planta Compresión 35
Proceso
En conjunto con sistema control surge y de carga
Estaciones de Bombeo 38
Proceso
Planta Inyección Agua 41
Proceso
Planta Generación Vapor 47
Proceso
Complejo Deshidratación, Endulzamiento y Desalación de Crudo 53
Proceso
Complejo Refinación, Petroquímico y Mejorador de Crudo 58
Proceso
Planta de Procesamiento de Gas: Extracción, Endulzamiento y Fraccionamiento 61
Proceso
Planta Generación Eléctrica 63
Proceso
Subestaciones Eléctricas y Sistema Distribución Eléctrica 68
Proceso
Terminal Embarque 72
Proceso
(4)
En conjunto con computadora de flujo (4) Se permite solo en caso de aplicaciones avanzadas
Llenadero Camiones 76
Proceso
En conjunto con computadora de flujo
Llenadero de Bombonas 80
Proceso
Planta Envasadora 84
Proceso
En conjunto con medición llenado
sistema
En conjunto con medición llenado
sistema
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TABLA 6 GUÍA DE SELECCIÓN SEGÚN APLICACIÓN DE PROCESOS (CONT.) Proceso / Sistema
Arquitectura del Sistema PLC
SCADA
DCS
PAS/ PAC
Comentarios
HIBRIDO
Planta Tratamiento Agua 88
Proceso
Planta Tratamiento de Efluentes 92
Proceso
Aplicación de Control de Manufactura 93
Proceso
Control y Monitoreo de Movimientos de Maquinaria 94
Proceso
Control de Lotes 95
Proceso
(5)
(5) Permitido sólo si el PLC no tiene mucho control regulatorio
20 TABLA DE PRIORIDAD Para la selección del controlador es obligatoria la siguiente tabla de prioridad, en los casos que sean factibles y realizables.
TABLA 7. TABLA DE PRIORIDAD Primera Opción Segunda Opción Tercera Opción Uso de equipos o aplicaciones desarrolladas por PDVSA y sus Filiales
Uso de equipos o aplicaciones desarrolladas en Venezuela
Uso de proveedores con convenio con (1) PDVSA
Cuarta Opción
Quinta Opción
Uso proveedores confiables (1)
Uso de equipos del mismo fabricante y modelos usados en la misma (2) planta
de
Notas: (1): Sólo si los equipos cumplen con los requerimientos establecidos en las Tablas 4, 5 y 6. (2): Sólo si los equipos existentes cumplen con los requerimientos establecidos en las Tablas 4, 5 y 6.