INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL - tesis.ipn.mxtesis.ipn.mx/jspui/bitstream/123456789/11799/1/32.pdf · 1.5.1 Características Generales de Wonderware InTouch ... Figura 1.9. Scripts;

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA

INGENIERÍA EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN

SIMULACIÓN DE LA INTERFAZ HUMANO-MÁQUINA DEL SISTEMA

DE GAS Y FUEGO EN UNA PLATAFORMA

T E S I S

QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE:

INGENIERO EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN

PRESENTAN:

BASTIDA QUINTANAR DEYDRA LIRIET JIMÉNEZ TORRES JAVIER

ASESORES

M. en C. TORRES RODRÍGUEZ IVONE CECILIA M. en C. OBREGÓN TENORIO ANTONIO

Ing. LEE GARCÍA SELENE

México, Ciudad de México abril de 2013

SIMULACION DE LA INTERFAZ HUMANO-MÁQUINA DEL SISTEMA DE GAS Y FUEGO EN UNA PLATAFORMA

iii

DEDICATORIAS

A Dios principalmente por estar conmigo cada día y enseñarme que con humildad, paciencia, sabiduría y fe todo es posible.

A Briana, por ser mi arcoíris en días nublados, por ser la miel que endulza mi vida, por inspirarme y motivarme en el proceso de mi vida profesional; a veces quisiera poder evitarte el dolor del aprendizaje, pero sé que te privaría del placer de aprender, quisiera poder evitarte los obstáculos que sin duda surgirán pero te privaría del orgullo de superarlos y así, descubrir lo que ahora eh descubierto.

A Martha mi tutora, por sus consejos y palabras que me ayudaron a lo largo de mi vida profesional, pero más que nada por la confianza que deposito en mí.

A Miguel porque cuando estuve a punto de dejarlo todo, tus palabras de ánimo me alentaron para seguir adelante y acabar lo que ahora es un logro para mí, por tu incondicional apoyo y paciencia.

Deydra Liriet Bastida Quintanar

Este logro en mi vida es uno más de los tantos que no habrían sido posibles sin la orientación y el ejemplo de mis padres. Ustedes han sido para mí siempre un ejemplo a seguir. Los valores y la educación que me han proporcionado han hecho de mi lo que soy ahora. Es por ello que el éxito alcanzado también es suyo. Por ustedes lo obtuve y a ustedes se los brindo.

No habría palabras suficientes para expresarles toda la gratitud, admiración y respeto que siento hacia ustedes. Quizá no me alcance la vida para corresponderles lo suficiente pero estén seguros que haré que se sientan siempre orgullosos de la persona que han forjado en su hijo.

Javier Jiménez Torres


iv

AGRADECIMIENTOS

A Dios por el milagro de la vida, por las personas que ha puesto en ella y porque siempre ha estado con nosotros en cada paso. Nos dio fortaleza, inteligencia y capacidad, Él ha forjado lo que somos ahora.

A nuestros padres y tutores por dedicar cada uno de sus días a nuestra formación personal y por toda una vida de esfuerzo y sacrificio, por habernos apoyado en todo momento, por sus consejos, por la motivación constante que nos han permitido ser personas de bien, pero más que nada por su fe en nosotros.

A mi compañera(o) de tesis por su dedicación y apoyo durante la elaboración de este trabajo, por la confianza que deposito en mi a lo largo de la carrera, porque cuando todo se veía imposible, tus palabras me ayudaron a seguir adelante y terminar esta etapa, pero sobre todo por tu amistad.

A nuestros asesores por el conocimiento, el apoyo y orientación brindados, así como por las facilidades prestadas para terminar este trabajo.

Son muchas las personas que han formado parte de nuestra vida profesional a las que les agradecemos su amistad, consejos, ánimo y compañía. Gracias también de manera especial a mis hermanas por sus enseñanzas apoyo y confianza Sin todos ustedes esto no habría sido posible. Gracias.


v

ÍNDICE DE CONTENIDO

OBJETIVO GENERAL ............................................................................................................ 1

OBJETIVOS ESPECÍFICOS ................................................................................................... 1

INTRODUCCIÓN .................................................................................................................... 2

JUSTIFICACIÓN ..................................................................................................................... 3

CAPÍTULO 1. ANTECEDENTES Y GENERALIDADES .......................................................... 4

1.1 PLATAFORMAS MARINAS EN MÉXICO .............................................................................................. 5

1.2 TIPOS DE PROCESOS QUE SE REALIZAN EN UNA PLATAFORMA ........................................................ 6

1.3 INTERFAZ HUMANO-MÁQUINA ........................................................................................................ 7

1.3.1 Origen de las HMI ........................................................................................................... 7

1.3.2 Interfaz Humano-Máquina en un Entorno Industrial ....................................................... 9

1.3.3 Evolución en el Tiempo de las HMI .............................................................................. 14

1.4 SISTEMAS SCADA ...................................................................................................................... 15

1.5 INTRODUCCIÓN A WONDERWARE INTOUCH® ................................................................................. 16

1.5.1 Características Generales de Wonderware InTouch® .................................................. 16

1.5.2 Funciones Principales de InTouch® .............................................................................. 17

1.5.3 Entorno de Trabajo en InTouch® .................................................................................. 18

CAPÍTULO 2. ARQUITECTURA DEL SISTEMA DE GAS Y FUEGO ................................... 25

2.1 DESCRIPCIÓN GENERAL DEL PROCESO DE UNA PLATAFORMA ENLACE .......................................... 26

2.2 IMPORTANCIA DE UN SISTEMA DE GAS Y FUEGO EN UNA PLATAFORMA .......................................... 28

2.3 ESTRUCTURA DEL SISTEMA DE GAS Y FUEGO ............................................................................... 28

2.5 DETECCIÓN Y ALARMAS DEL SISTEMA DE GAS Y FUEGO ............................................................... 33

2.5 TABLERO DE SEGURIDAD DEL SISTEMA DE GAS Y FUEGO ............................................................. 36

2.6 CONTROLADOR ELECTRÓNICO PROGRAMABLE DEL SISTEMA DE GAS Y FUEGO ............................. 37


vi

2.7 PERIFÉRICOS DEL SISTEMA DE GAS Y FUEGO ............................................................................... 42

CAPÍTULO 3. DESARROLLO DE LA HMI ............................................................................ 46

3.1 DESPLEGADOS GRÁFICOS............................................................................................................ 47

3.2 DECLARACIÓN DE TAGNAMES....................................................................................................... 60

3.3 ANIMACIONES .............................................................................................................................. 62

3.4 SCRIPTS PARA LA PROGRAMACIÓN ............................................................................................... 65

3.5 SEGURIDAD ................................................................................................................................. 71

3.6 COTIZACIÓN DEL PROYECTO ........................................................................................................ 72

CAPÍTULO 4. SIMULACIONES Y RESULTADOS ................................................................ 74

4.1 CAMBIOS DE ESTADO EN ESTACIONES MANUALES Y ALARMAS VISIBLES ....................................... 75

4.2 CAMBIOS DE ESTADO EN LOS TRANSMISORES DE NIVEL Y PRESIÓN .............................................. 78

4.3 CAMBIOS DE ESTADO EN LOS DETECTORES DE FUEGO ................................................................. 82

4.4 CAMBIOS DE ESTADO EN LOS DETECTORES DE GAS TÓXICO ........................................................ 84

4.5 CAMBIOS DE ESTADO EN LOS DETECTORES DE GAS COMBUSTIBLE............................................... 86

4.6 CAMBIOS DE ESTADO EN VÁLVULAS DE SOLENOIDE Y SUS INSTRUMENTOS ................................... 88

CONCLUSIONES Y TRABAJOS FUTUROS ........................................................................ 91

GLOSARIO DE TÉRMINOS ................................................................................................. 92

REFERENCIAS .................................................................................................................... 95

ANEXO A. OBJETOS REPRESENTATIVOS DE ENTRADAS FÍSICAS ............................... 96

ANEXO B. DETALLE DE LOS SCRIPTS DE PROGRAMACIÓN.......................................... 99

ANEXO C. DETALLE DE LA CONFIGURACIÓN DE LAS ANIMACIONES ........................ 103


vii

ÍNDICE DE TABLAS

Tabla1.1. Comparativa de las interfaces orientadas a objetos y las interfaces orientadas a la aplicación. ...................................................................................................................... 14

Tabla 2.1. Nivel integral de seguridad (SIL) [12]. .................................................................. 28

Tabla 2.2. Detectores utilizados en una plataforma enlace. .................................................. 33

Tabla 2.3. Semáforos de alarmas visibles. ............................................................................ 36

Tabla 2.4. Resumen de señales de la UPR de Gas y Fuego y consumo de corriente en el primer nivel. .......................................................................................................................... 38

Tabla 2.5. Listado de señales de campo provenientes del nivel 1 de la plataforma. ............. 40

Tabla 3.1. Sueldos base establecidos por el sindicato de trabajadores del Seguro Social. ... 72

Tabla 3.2. Costo de las horas de programación de la HMI. ................................................... 73

ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 1.1. Capacidad de soportar condiciones adversas de una aplicación gráfica frente a lo atractivo de su estética. .................................................................................................... 9

Figura 1.2. Formatos panorámicos de imagen 40x22.5 [cm], 40x25 [cm] y 37.5x22.5 [cm], frente al diseño clásico y cuadrado de 10x7.5 [cm]. .............................................................. 10

Figura 1.3. Interfaz táctil, doble táctil y multitáctil. ................................................................. 12

Figura 1.4. Desplegado gráfico de un proceso industrial creado con un software SCADA. ... 15

Figura 1.5. Ventana de edición de InTouch®. ........................................................................ 19

Figura 1.6. Ejemplo de wizards disponibles en intouch®. ...................................................... 20

Figura 1.7. Directorio de Tagnames de InTouch®.................................................................. 21

Figura 1.8. Ventana de enlaces de animación. ..................................................................... 22

Figura 1.9. Scripts; disponibilidad de funciones. ................................................................... 23

Figura 1.10. Configuración de alarmas. ................................................................................ 24


viii

Figura 2.1. Diagrama a bloques del proceso de una plataforma enlace. ............................... 26

Figura 2.2. Arquitectura típica del Sistema de Gas y Fuego de una plataforma enlace. ........ 29

Figura 2.3. Plano de ubicación de los instrumentos del Sistema de Gas y Fuego del nivel 1.30

Figura 2.4. Zona 9 del Sistema de Gas y Fuego. .................................................................. 31

Figura 2.5. Zona 10 del Sistema de Gas y Fuego. ................................................................ 31




Figura 2.9. Apariencia de una estación de operación............................................................ 43

Figura 3.1. Ventana de configuración del menú de la HMI. ................................................... 47

Figura 3.2. Barras de herramientas empleadas para crear los desplegados gráficos............ 48

Figura 3.3. Desplegado general de una plataforma enlace. .................................................. 48

Figura 3.4. Desplegado del nivel 1. ....................................................................................... 49

Figura 3.5. Desplegado de la zona 9. ................................................................................... 50

Figura 3.6. Desplegado de la zona 10. ................................................................................. 51




Figura 3.10. Menú de la HMI del Sistema de Gas y Fuego. .................................................. 53

Figura 3.11. Desplegados del estado de las estaciones manuales de alarmas del nivel 1. ... 53

Figura 3.12. Desplegados del estado de las alarmas visibles tipo semáforo del nivel 1. ....... 54

Figura 3.13. Desplegados del estado de los transmisores de nivel y de presión del nivel 1. . 55

Figura 3.14. Desplegado del estado de los detectores de fuego de la zona 9 de Gas y Fuego. .................................................................................................................................. 55


ix

Figura 3.15. Desplegados del estado de los detectores de gas tóxico y combustible de la zona 9 de Gas y Fuego. ........................................................................................................ 56

Figura 3.16. Desplegados del estado la válvula solenoide en válvula de diluvio de la zona 9 de Gas y Fuego. ................................................................................................................ 56

Figura 3.17. Desplegados del estado de los detectores de fuego y gas tóxico de la zona 10 de Gas y Fuego. .............................................................................................................. 57

Figura 3.18. Desplegados del estado de los detectores de gas combustible y válvula de solenoide en válvula de diluvio de la zona 10 de Gas y Fuego. ............................................ 57

Figura 3.19. Desplegados del estado de los instrumentos de la zona 11 de Gas y Fuego. ... 58





Figura 3.24. Declaración de Tagnames. ............................................................................... 61

Figura 3.25. Lista de Tagnames. .......................................................................................... 62

Figura 3.26. Cuadro de animaciones. ................................................................................... 63

Figura 3.27. Selección de ventanas para desplegar al pulsar un botón. ............................... 63

Figura 3.28. Cambio del color de relleno y del texto de un objeto. ........................................ 64

Figura 3.29. Configuración de parámetros para los objetos wizard. ...................................... 64

Figura 3.30. Script de alarmas visibles tipo semáforo del primer nivel. ................................. 65

Figura 3.31. Primer nivel de seguridad en la HMI. ................................................................ 71

Figura 3.32. Password para activar las valvulas de solenoide en valvulas de diluvio. ........... 72

Figura 4.1. Estado activo de interruptores manuales y alarmas visibles tipo semáforo en el primer nivel. ...................................................................................................................... 75

Figura 4.2. Alarmas visibles tipo semáforo en su estado normal. .......................................... 76


x

Figura 4.3. Estado de las alarmas visibles ante activación manual por fuego en la plataforma. ............................................................................................................................ 76

Figura 4.4. Estado activo de la alarma visible por fuego en la plataforma. ............................ 77

Figura 4.5. Alarmas visibles tipo semáforo en su estado activo. ........................................... 77

Figura 4.6. Alarmas de interruptores manuales en su estado activo. .................................... 78

Figura 4.7. Estados de falla del circuito para las estaciones manuales de alarmas. ............. 78

Figura 4.8. Alarmas de transmisores de nivel y de presión en su estado normal. ................. 79

Figura 4.9. Estados por baja presión neumática y presión de las bombas en operación. ...... 79

Figura 4.10. Estados por muy baja presión neumática y presión de operación máxima de la red CI. ............................................................................................................................... 80

Figura 4.11. Estados por falla en transmisor para los transmisores de presión. .................... 80

Figura 4.12. Alarma por muy alto nivel en el tanque de diesel. ............................................. 80

Figura 4.13. Pre-alarma por alto nivel en el tanque de diesel. ............................................... 81

Figura 4.14. Pre-alarma por bajo nivel en el tanque de diesel. .............................................. 81

Figura 4.15. Alarma por muy bajo nivel en el tanque de diesel. ............................................ 81

Figura 4.16. Transmisor de nivel en calibración. ................................................................... 82

Figura 4.17. Detector de fuego en estado normal. ................................................................ 82

Figura 4.18. Detector de fuego en estado alarma por fuego. ................................................ 82

Figura 4.19. Indicación de lente sucio en un detector de fuego. ............................................ 83

Figura 4.20. Indicación de detección UV en un detector de fuego......................................... 83

Figura 4.21. Indicación de detección IR en un detector de fuego. ......................................... 83

Figura 4.22. Alarma instantánea en un detector de fuego. .................................................... 84

Figura 4.23. Indicación de falla del circuito para un detector de fuego. ................................. 84

Figura 4.24. Detector de gas tóxico en estado normal. ......................................................... 85

Figura 4.25. Pre-alarma por alta concentración de gas tóxico. .............................................. 85


xi

Figura 4.26. Pre-alarma por baja concentración de gas tóxico. ............................................. 85

Figura 4.27. Alarma por muy alta concentración de gas tóxico. ............................................ 85

Figura 4.28. Falla del circuito para un detector de gas tóxico. ............................................... 86

Figura 4.29. Indicación de detector de gas tóxico en calibración. ......................................... 86

Figura 4.30. Detector de gas combustible en estado normal. ................................................ 86

Figura 4.31. Pre-alarma por alta concentración gas combustible. ......................................... 87

Figura 4.32. Pre-alarma por baja concentración de gas combustible. ................................... 87

Figura 4.33. Alarma por muy alta concentración de gas combustible. ................................... 87

Figura 4.34. Indicación de falla del circuito para un detector de gas combustible. ................ 88

Figura 4.35. Indicación de detector de gas combustible en calibración. ................................ 88

Figura 4.36. Instrumentos de la válvula de diluvio en estado normal. ................................... 88

Figura 4.37. Válvula de diluvio activa. ................................................................................... 89

Figura 4.38. Botones de simulacro, restablecer y reconocer de la HMI. ................................ 89

Figura 4.39. Respuesta del segundo nivel de seguridad de la HMI ante una contraseña incorrecta. ............................................................................................................................. 90

Figura 4.40. Estado activo de las válvulas de solenoide. ...................................................... 90


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1

OBJETIVO GENERAL

Simular la Interfaz Humano-Máquina (HMI) del Sistema Gas y Fuego del primer nivel de una plataforma petrolera para establecer la importancia de realizar simulaciones de las situaciones reales que debe monitorear la HMI comprobando así que será capaz de monitorear un Sistema de Gas y Fuego al momento de su instalación. Lo anterior usando el software SCADA Wonderware InTouch®.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Desarrollar el entorno gráfico de la HMI basándose en los colores y tamaños de los objetos y el tipo y tamaño de letra establecidos por la norma de referencia NRF-226-PEMEX-2009.

Establecer los vínculos necesarios para realizar las simulaciones por medio de Tagnames y animaciones propios del software Wonderware InTouch®.

Simular los cambios de estado y las alarmas de los instrumentos monitoreados desde la Interfaz Humano Máquina del Sistema de Gas y Fuego del primer nivel de la Plataforma.

Establecer scripts de programación que ejecuten la lógica que debe cumplir la HMI del Sistema de Gas y Fuego.

Comprobar la funcionalidad de los desplegados gráficos visualizando los cambios de estado de los elementos de la HMI anticipándose así a los posibles errores de lógica antes de realizar la ingeniería de construcción.


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2

INTRODUCCIÓN

El Sistema de Gas y Fuego de una plataforma petrolera debe prevenir o en su defecto mitigar situaciones de riesgo dentro de ella. Enviando la información de manera oportuna al Sistema de Paro por Emergencia y Contra-incendio. Para lograr los objetivos anteriores se debe contar con una HMI para establecer una correcta interacción entre los operarios y el Sistema de Gas y Fuego desde un lugar seguro de la instalación.

Debido a la estrecha relación entre el Sistema de Gas y Fuego y la necesidad de realizar las acciones de monitoreo y control secundario de dicho sistema por medio de dispositivos automáticos. Se decidió realizar la simulación descrita en éste documento.

Se establece un estado del arte de las HMI y un panorama general de las plataformas petroleras instaladas en México. También se presenta la arquitectura típica del Sistema de Gas y Fuego de una plataforma petrolera tipo enlace y una descripción breve del proceso que se lleva a cabo en ella.

Se describen las principales características del software Wonderware InTouch®, el cual fue utilizado para desarrollar la simulación de la HMI debido a que es uno de los software SCADA que cumple con las características establecidas por la norma interna de referencia de Petróleos Mexicanos NRF-226-PEMEX-2009 en sus numerales 8.1.2, 8.1.2.1, 8.1.2.2, 8.1.2.3, 8.1.2.4 y 8.1.2.5.

La selección del software a utilizar se respalda en la norma antes mencionada debido a que para su elaboración se consideraron normas internacionales como la ANSI/ISA S5.5 1985, ANSI/ISA S18.1 8 (R-2004) y la ANSI/ISA S5.3 1983. Además de que aborda el tema de interés de forma clara y específica y se encuentra disponible para el público en general. De la misma manera se realizara el desarrollo de la HMI basándose en normas de referencia de Petróleos Mexicanos debido a su concordancia con normas nacionales e internacionales.

Se desarrolla la Interfaz Humano-Máquina siguiendo la metodología presentada en el capítulo 3 considerando el entorno gráfico, vínculos entre objetos y Tagnames, animaciones y scripts de programación para establecer los resultados obtenidos en el capítulo 4.


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3

JUSTIFICACIÓN

El presente trabajo parte de la necesidad de simular una Interfaz Humano-Máquina de un sistema de Gas y Fuego debido a que es necesario monitorear situaciones de riesgo potencial que podrían derivar en explosiones, incendios o bien en la generación de atmosferas toxicas o explosivas en una plataforma petrolera, ya que en ellas se manejan compuestos altamente inflamables.

Al presentarse un evento no deseado o situación riesgosa el operador debe encontrarse en un lugar seguro desde el cual pueda mandar acciones de control secundario ya sean de prevención o mitigación ante algún siniestro evitando así daños al personal que labora en la plataforma, daños a la instalación, al equipo o bien al medio ambiente.

Finalmente, el desarrollo de sistemas industriales de monitoreo y control se encuentra actualmente en México bajo una gran influencia de empresas extranjeras que se encargan de realizar las Interfaces Humano-Máquina. Con la elaboración de ésta tesis se busca establecer una metodología que sirva como referencia para futuras generaciones de ingenieros logrando así aumentar su competitividad en éste ámbito de la ingeniería.


4

CAPÍTULO 1. ANTECEDENTES Y GENERALIDADES


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CAPÍTULO 1. ANTECEDENTES Y GENERALIDADES 5

En éste capítulo se abordarán los temas necesarios para que el lector adquiera una perspectiva adecuada acerca de las plataformas marinas instaladas en México así como una descripción general de los procesos que se llevan a cabo en cada una de ellas. Complementando lo anterior, se establece un estado del arte de las Interfaces Humano-Máquina y su aplicación en entornos industriales. Finalmente se describen las herramientas con las que cuenta el software SCADA Wonderware InTouch®.

1.1 Plataformas Marinas en México

Las plataformas marinas utilizadas en el sector energético mexicano para la extracción y producción de hidrocarburos en el Golfo de México son complejas, de diferentes tipos y formas. Este conjunto de instalaciones (generalmente de acero) ubicadas en los mares, sirven sobre todo para la perforación de pozos, para la extracción de petróleo y gas del subsuelo marino, para acciones de telecomunicación y para el alojamiento de personal.

Se componen principalmente de dos estructuras. La subestructura (jacket) tiene la función de fijar la plataforma mediante el uso de pilotes al lecho marino, colocados a profundidades de hasta 100 metros y como mínimo a 60 metros. La superestructura (deck) es la parte de la plataforma que se instala sobre la subestructura y se compone del equipo necesario, de acuerdo con el uso que tendrá la plataforma, así como de un helipuerto.

Las primeras exploraciones petrolíferas durante los años 30 se realizaban en mares poco profundos, a través de torretas ancladas a pocos metros del lecho marino. La tecnología actual permite llegar a los mares más profundos, pero deben ser instalaciones sumamente resistentes para combatir el oleaje marino, los huracanes y además soportar la enorme maquinaria que se utiliza para extraer el petróleo.

Los tipos de plataformas marinas disponibles son: de perforación, enlace, producción, compresión, habitacional, complejos, para telecomunicaciones y aguas profundas.

El golfo de México cuenta con un total de 227 plataformas, instaladas de 1968 a 2009: 147 de perforación, 26 de producción, 22 habitacionales, 12 de enlace, 10 de compresión, 6 de telecomunicaciones, una de medición, una de tratamiento y bombeo, una de control y servicios y una de almacenamiento.

De acuerdo con el estudio de construcción de plataformas marinas en PEMEX, elaborado por la subdirección de ingeniería y desarrollo de obras estratégicas de PEMEX Exploración y Producción (PEP), para construir una plataforma se debe contar al menos con ocho condiciones físicas óptimas como: frente de agua en los


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patios con muelles para maniobras, ríos con ancho de 200 metros mínimo y calado de cuatro a seis metros, correderas de deslizamiento para estructura, medios de comunicación (carreteras y ferrocarriles), almacenes, talleres de fabricación, acceso a mano de obra especializada (paileros y soldadores), además de proveedores de acero estructural y equipo de proceso. En los llamados patios de fabricación es donde se construyen las plataformas, donde se realiza el armado, compuesto generalmente de tres partes: la subestructura, los pilotes y la superestructura [1].

1.2 Tipos de Procesos que se Realizan en una Plataforma

Las plataformas marinas son instalaciones que realizan diversas acciones en el proceso de exploración y producción de los hidrocarburos, de acuerdo al tipo de proceso que se realiza en ellas se dividen en:

Proceso de separación de primera etapa

Este proceso se realiza en las plataformas de enlace. En este proceso se separan los hidrocarburos provenientes de las plataformas periféricas por medio de separadores trifásicos, para después distribuir los hidrocarburos dentro del complejo. Este tipo de plataformas cuenta con trampas lanzadoras y receptoras de diablos. Las trampas lanzadoras y receptoras de diablos son recipientes a presión utilizados para introducir y remover, esferas y herramientas de inspección dentro de la tubería para lograr su limpieza. Cada trampa y sus componentes de fabricación son diseñados, fabricados y probados de acuerdo a las últimas ediciones del código American Society of Mechanical Engineers (ASME) [2].

Proceso de separación de segunda etapa

Este proceso se realiza en las plataformas de producción. Las cuales constituyen la parte medular de los complejos petroleros, ya que en ellas se realiza el proceso de separación del aceite y gas que proviene de las plataformas de perforación que no cuentan con separadores de primera etapa.

La separación en segunda etapa proporciona al crudo las condiciones adecuadas para su envío a los puntos de almacenamiento o exportación para su venta, tanto al mercado nacional como extranjero.

Además del equipo de separación, este tipo de plataformas disponen de un equipo de bombeo, el cual es utilizado para suministrar el flujo necesario a la corriente de aceite para llegar a los puntos de almacenamiento y exportación, tanto en mar como en tierra. Su configuración puede ser tipo octópodo o tetrápodo y contar con dos o tres cubiertas de servicios.


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Proceso de compresión

Su función es el manejo del gas asociado, el cual se obtiene durante los procesos de separación de gas y aceite en la primera y segunda etapa, tanto en los complejos como en las plataformas periféricas [1].

Estas corrientes de gas son enviadas hacia la succión de los compresores reforzadores o a los módulos de alta presión. Posteriormente el gas comprimido en alta presión es enviado hacia las plataformas deshidratadoras de gas, para enviar el gas amargo deshidratado hacia los centros procesadores de gas en tierra como el ubicado en PEMEX, Tabasco [1].

1.3 Interfaz Humano-Máquina

La automatización de máquinas y procesos consta de diferentes partes independientes pero ampliamente relacionadas entre sí. Una de ellas indudablemente es la sección de control, donde se definen las pautas de comportamiento del sistema, es decir, qué debe hacer y cómo ha de actuar todo un conjunto de dispositivos para llevar a cabo un objetivo de control, con determinado grado de autonomía. Pero hay otros elementos tan importantes como el anterior, que son los que conforman la interfaz que permite la interacción por parte de un operario con la parte de control. En la automatización industrial estos componentes comprenden lo que de una forma genérica se denomina Interfaz Humano-Máquina.

La interfaz de usuario, en el diseño industrial del campo de la interacción Humano-Máquina, es el espacio donde la interacción entre humanos y máquinas se produce. El objetivo de la interacción entre un humano y una máquina en la interfaz de usuario es la operación y el control de la máquina, y la retroalimentación de la máquina que ayuda al operador en la toma de decisiones operativas [3].

1.3.1 Origen de las HMI

El concepto de Interfaz Humano-Máquina en cuanto a software se refiere, y hablando de aplicaciones en procesos industriales varía en gran medida dependiendo de la fuente consultada. Durante el proceso de documentación de esta tesis se encontró una gran variedad de ellos. Sin embargo en este apartado se mencionará como primer antecedente sólido el concepto de Interfaz Gráfica de Usuario a la cual se adaptó la programación llamada orientada a eventos de Visual Basic® en 1991. Ya que Visual Basic® es el lenguaje en el cual se basan la gran mayoría de los software SCADA utilizados para el desarrollo de HMI.


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Los primeros lenguajes de programación fueron diseñados en los años 50 y se crearon, fundamentalmente, para resolver complejos problemas matemáticos. Sin embargo, la gente se dio cuenta de que la tecnología informática podía ser útil para muchas más cosas, y los ordenadores empezaron a hacerse habituales en las empresas y en las universidades. A medida que más gente comenzaba a utilizar los ordenadores, los complicados lenguajes de programación llegaron a suponer algo más que un obstáculo [4].

Como solución, a principios de los años 60 se desarrolló un lenguaje denominado BASIC en el Dartmouth College. La versión original del BASIC (acrónimo de Beginner’s All-purpose Simbolic Instruction Code) era un lenguaje simple.

La simplicidad del BASIC lo hizo pequeño y fue en 1975 cuando Bill Gates y Paul Allen cofundadores de Microsoft© crearon una versión de BASIC para su microordenador Altair. Fue entonces cuando el GWBASIC estableció el estándar para los primeros microordenadores. Años después, en la década de los 80 QuickBasic llevo al BASIC a la primera línea de la tecnología de los lenguajes de programación pero en esa década hubo un cambio más importante: la Interfaz Gráfica de Usuario (GUI).

Una Interfaz Gráfica de Usuario permite que las aplicaciones sean fáciles de aprender y de usar. En lugar de escribir largos comandos, el usuario simplemente selecciona una opción (o comando) de un menú.

Cuando se presentó Microsoft Windows® los programadores se sintieron a la vez excitados y deprimidos. Excitados porque Windows® les proporcionaba una plataforma para escribir aplicaciones gráficas y agradables para el usuario; deprimidos porque su trabajo ahora implicaba aprender a controlar fuentes, menús, ventanas, memoria y otros recursos del sistema. Además de que los códigos para ello eran mucho más largos [4].

La solución al problema al que se enfrentaron los programadores con el cambio de paradigma de MSDOS a Windows® surgió en 1991 cuando Microsoft© presentó Visual Basic®. Quien combina las posibilidades del lenguaje BASIC con herramientas de diseño visual. Así pues, su parte “Visual” está basada en tecnología Orientada a Objetos (OO), su parte “Basic” indica que aquellas tareas que no se pueden realizar a través de las herramientas gráficas (que no pueden ser dibujadas), son posibles a través de un lenguaje de programación basado en el lenguaje de propósito general BASIC con el que prácticamente se puede desarrollar cualquier cosa [5]. Y la mezcla de estas dos tecnologías da lugar a productos híbridos, Orientados a Eventos (EO), un estilo de programación especialmente adaptado a las Interfaces Gráficas de Usuario [4], [5].


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1.3.2 Interfaz Humano-Máquina en un Entorno Industrial

El objetivo de la ingeniería de la interacción Humano-Máquina es la producción de una interfaz de usuario que hace que sea eficiente y fácil de manejar una máquina en la forma en que produce el resultado deseado. Esto generalmente significa que el operador tiene que proporcionar un aporte mínimo para lograr el resultado deseado, y también que la máquina reduce al mínimo las salidas no deseadas para el ser humano [3].

En el entorno industrial el número de dispositivos con los que contará la interfaz y su diversidad se incrementa en gran medida para adaptarse a necesidades diferentes, y aparecen terminales alfanuméricas y gráficas, volantes electrónicos, mandos, etc. Los principales requerimientos de las interfaces industriales son tanto la operatividad como la robustez y estabilidad de comportamiento. Las condiciones ambientales en las que puede estar inmerso un sistema HMI industrial no siempre son las ideales, y se pueden encontrar situaciones no deseadas, pero inevitables, como temperaturas extremas, polvo excesivo o humedad, a las cuales debe de estar preparada la interfaz.

Las aplicaciones gráficas priman su capacidad de soportar condiciones adversas frente a lo atractivo de su estética, como se muestra en la figura 1.1; evidentemente es más importante en una máquina o proceso el que funcione a que sea visualmente agradable.

Figura 1.1. Capacidad de soportar condiciones adversas de una aplicación gráfica frente a lo atractivo de su

estética.

Actualmente se puede decir que los requerimientos de calidad industrial son suficientemente conseguidos por la mayoría de los dispositivos HMI diseñados y fabricados para el entorno al que se refiere en este contexto. Es entonces donde se encuentra con el otro factor que impulsará a decidir por un conjunto de interfaces HMI u otro: la apariencia y la estética son 2 características que deben destacar en una HMI. Y es posible en este último apartado donde probablemente más ha evolucionado el concepto de nuevos dispositivos HMI [3].


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Nuevos formatos y tecnologías de visualización

En el ámbito de la visualización, hay una clara tendencia hacia las pantallas cada vez de mayores dimensiones, incremento de la resolución y mayor gama de colores, esto se ve reflejado en una mayor importancia al concepto de imagen en las máquinas y controles de proceso. Es el mercado doméstico el que determina en una parte importante cual será el futuro de la visualización industrial, por esta razón nuevos conceptos de visualización de consumo masivo se pueden ver ya en el sector industrial. Actualmente los tamaños y formatos de visualización industrial, así como la calidad de imagen y la tecnología utilizada han mejorado con el paso de los años.

Se comienzan a ver en la industria los formatos panorámicos de imagen 40x22.5 [cm] (16x9 [in]), 40x25 [cm] (16x10 [in]) y 37.5x22.5 [cm] (15x9 [in]), frente al diseño clásico y cuadrado de 10x7.5 [cm] (4x3 [in]), como se observa en la figura 1.2. Esta tendencia se observa en tamaños pequeños como 18 [cm] (7 [in]) que claramente están substituyendo a la pantalla de 14.5 [cm] (5.7 [in]).

Donde antes se tenía una enorme caja por ejemplo de Control Numérico por Computadora (CNC) aparece ahora una pantalla superior en superficie de visualización, pero de fondo estrecho y forma elegante y estilizada. Así como hace no mucho tiempo era prácticamente impensable una visualización de más de 38 [cm] (15 [in]), actualmente esquemas de imagen de 43 [cm] (17 [in]), 48 [cm] (19 [in]), 53.5 [cm] (21 [in]), o incluso 61 [cm] (24 [in]), muestran las aplicaciones gráficas de máquinas y procesos [3].

Figura 1.2. Formatos panorámicos de imagen 40x22.5 [cm], 40x25 [cm] y 37.5x22.5 [cm], frente al diseño clásico y

cuadrado de 10x7.5 [cm].

Interfaces táctiles, doble táctil y multitáctil

El ámbito de la interacción del operario con la pantalla es uno de los pocos casos en los que el sector industrial pareció tomar la delantera al mercado de consumo. Las pantallas táctiles se usaron en la industria mucho antes que en el sector doméstico, en parte debido a la imposibilidad en muchos entornos industriales del uso de los teclados y ratones. Se ha manifestado, hasta ahora, el rechazo de muchas personas y empresas a la tecnología táctil debido a su fama de producto frágil y poco apropiado a las condiciones de trabajo de las empresas, por las condiciones adversas del ambiente [3].


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Los cristales táctiles en sus diferentes tecnologías tales como resistivas, capacitivas u ondas acústicas, son un componente robusto y duradero frente a los ratones o teclados estándar. Por supuesto se deben tomar ciertas precauciones como los productos químicos agresivos o las ralladuras, pero esto también es aplicable al resto de los dispositivos. El único inconveniente claro de las interfaces táctiles es la complicación de su sustitución frente a teclados y ratones. Por otra parte las pantallas táctiles permiten una interacción gráfica excelente frente a otras opciones de interfaz, ya que su uso es más intuitivo. Los gabinetes son más compactos al eliminar complicadas placas de botones pulsadores y huecos para teclados.

Actualmente los dispositivos domésticos, teléfonos móviles, e incluso computadoras disponen de interacción táctil de la persona con la pantalla. Esto ha abierto el camino a nuevos desarrollos de tecnologías que en un futuro se verán reflejadas en el sector industrial.

Una novedad vistosa en las HMI es la interacción doble táctil o incluso multitáctil, frente al habitual pulsado simple de las pantallas hasta hoy convencionales. Si bien inicialmente las interfaces multitáctiles fueron desarrolladas con tecnología infrarroja, lo cual limitaba en exceso el ámbito de aplicación de estos dispositivos, actualmente los grandes fabricantes de tecnología táctil desarrollan cristales táctiles capacitivos multitáctiles. Incluso lo que era impensable hasta hace poco, como táctiles doble táctil resistivas. Aun así, no es suficiente con disponer de una pantalla doble táctil o multitáctil, sino que su funcionalidad debe de estar soportada y aprovechada por las herramientas de software con las que se desarrollan las aplicaciones gráficas. En este sentido hay grandes avances en el mercado y un gran potencial de evolución futura.

Aunque las pantallas táctiles minimizan el uso de interfaces externas de interacción del operario con la aplicación, es bastante habitual utilizar una mínima cantidad de cuadros de botones pulsadores, selectores y señales luminosas.

Una configuración en la interfaz de usuario de una máquina podría ser la de la visualización con pantalla táctil junto con un pulsador de emergencia y, por ejemplo, pulsadores de arranque y paro. Incluso la dimensión de algunas instalaciones obligan a la implementación de diferentes cuadros de manejo en diferentes puntos de la máquina. En este punto la instalación de botones pulsadores y lámparas piloto luminosas ha pasado de centralizada a distribuida, minimizando cableado, por lo tanto los costos y la complejidad reduciendo así el tamaño y aumentando la capacidad de diagnóstico y mantenimiento. Para la conexión distribuida de todas estas interfaces se emplean diferentes buses, tales como el universalmente extendido Controller Area Network (CAN) hasta los nuevos protocolos de tiempo real basados en tecnología Ethernet, tales como Profinet, Powerlink y Ethercat, entre otros [3].


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Sistemas SCADA y otros software de visualización

Si bien es cierto que los sistemas HMI han evolucionado en cuanto a hardware se refiere, las diferentes herramientas de software no se han quedado atrás. El desarrollo de las computadoras cada vez más potentes, tanto en procesador como en memoria, y la aparición de sistemas operativos de 64 bits, han permitido a los desarrolladores de herramientas de software sobrepasar puertas hasta hace poco cerradas para la mayoría de las aplicaciones.

Los sistemas Supervisory Control And Data Acquisition (SCADA: Control de Supervisión y de Adquisición de Datos) permiten el desarrollo de aplicaciones gráficas complejas en un intervalo de tiempo bastante razonable, debido a su extensa gama de bibliotecas y herramientas de controles gráficos y de gestión de datos. La incorporación de las computadoras de 64 bits permite gráficas en tres dimensiones elegantes y flexibles de manejar. Hoy en día se ha emigrado de las gráficas esquemáticas y funcionales a nuevas representaciones tridimensionales, navegando virtualmente por planta en la cual se realiza el proceso para interactuar con ella.

Las nuevas generaciones de pantallas multitáctiles han cambiado la forma en que las herramientas de software gestionan la navegación. Ahora, si se desea ampliar un área de la pantalla para consultar los estados de una parte de la máquina, ya no se busca un icono con forma de lupa ni se selecciona un área de la pantalla, sino que se interactúa con la imagen a través de dos dedos que se acercan o separan para encoger o aumentar una superficie. Se cuenta ya con todo un nuevo lenguaje de signos de navegación, y con sus manos el usuario actúa directamente sobre la imagen para aumentarla, desplazarla o rotarla en el espacio según le interese [3], como se muestra en la figura 1.3.

Figura 1.3. Interfaz táctil, doble táctil y multitáctil.


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Nuevas tendencias en las HMI

El departamento de innovación de Larraioz trabaja en el diseño y desarrollo de nuevas plataformas de Interfaz Humano-Máquina. Además de la robustez y estabilidad necesaria en el sector industrial, se enfatiza la prioridad de la estética y acabado de sus productos [3].

Las líneas de visualización de los ordenadores industriales de la gama MIPC de Larraioz pasan desde una compacta pantalla de 18 [cm] (7 [in]) con retroiluminación LED hasta grandes dimensiones de 61 [cm] (24 [in]). Con dos formatos: computadora por panel o computadora externa, cubre las necesidades de control y visualización de la mayoría de las aplicaciones de máquinas y control de procesos. Los diferentes materiales utilizados en marcos y cajas, tales como aluminio, acero inoxidable u otros, así como diversos tipos de acabado, garantizan la hermeticidad frontal o completa, cumpliendo así los requisitos demandados por sectores tales como la industria alimenticia, la química o la farmacéutica.

Las interfaces modulares LEIKB de Larraioz, se pueden conectar a los ordenadores industriales MIPC y permiten configuraciones flexibles de elementos pulsadores capacitivos luminosos robustos eliminando el trabajo de cableado. Con sus diferentes formatos de hasta 4 pulsadores capacitivos por módulo, se puede definir fácilmente una configuración personalizada para cada caso. Cada uno de sus pulsadores de tecnología capacitiva dispone de un anillo luminoso, y los diferentes tipos de funcionalidad implementada permiten los diversos modos luminosos de los anillos de pulsadores. Mediante comandos enviados a los LEIKB, la iluminación de cada uno de los pulsadores puede, entre otros, encenderse o apagarse, parpadear en diferentes frecuencias, girar en los diferentes sentidos con una velocidad aceptable, e incluso cambiar de color dependiendo del módulo utilizado.

Cristales táctiles resistivos y capacitivos, desde simples táctiles a multitáctiles, cubren las demandas de interacción con las aplicaciones gráficas de los diferentes formatos de pantallas. La empresa Larraioz acaba de presentar un nuevo modelo de ordenador industrial con pantalla táctil de 56 [cm] (22 [in]). Este equipo de propiedades ofrece la posibilidad de la tecnología multitáctil adaptada para uso industrial. Con dimensiones de 496 [mm] x 330 [mm], ofrece una resolución de pantalla de 1.440 x 900 [pixeles], y 16.2 millones de colores. Gracias a la transparencia del cristal táctil, se consigue una luminosidad de 256 [cd/m

2] y un

contraste de 1000:1, características adecuadas para la visualización en ambientes de elevada luminosidad. Sumado a esto, los ángulos de visión son superiores al 80%, permitiendo una visualización de calidad aún desde posiciones inadecuadas. El cristal multitáctil de fabricación laminada y gran duración, basa su funcionamiento en la tecnología “capacitiva de proyección” (ya patentada) y permite una transmisión de la imagen en torno al 90%. Gracias a su tecnología multitáctil, es capaz de reconocer hasta 10 pulsados simultáneos. Drivers para MS Windows 7 implementan los comandos de interacción de todos los dedos de las manos con la aplicación gráfica [3].


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1.3.3 Evolución en el Tiempo de las HMI

1963. Ivan Sutherland. Sketchpad. El sistema soportaba la manipulación de objetos gráficos mediante un lápiz óptico, permitiendo coger los objetos, moverlos y cambiarles el tamaño utilizando algunas restricciones.

1963. Elgerbart. Diseña el primer “mouse”. 1968. Mit’s Lincoln Labs. Ambit. Este sistema incluyó representaciones de

iconos, reconocimiento de gestos, menús dinámicos con la ayuda de dispositivos apuntadores y selección de iconos apuntándolos.

Años 70. Xerox Parc. Crearon el modelo y los dispositivos para las interfaces que incluían ventanas, menús, íconos, botones, etc. Era la antesala de las interfaces que hoy conocemos como manipulación directa.

1981. Xerox Star. Sale al mercado el primer sistema comercial que hace extenso el uso de la manipulación directa: Xerox Star. Le siguen el Apple lisa en 1982 y el Macintosh en 1984.

1982. Ben Shneiderman, Universidad de Maryland. Acuñó el término “manipulación directa”, identificando además los distintos componentes.

Años 80. Microsoft©, presenta la Interfaz Gráfica de Usuario (GUI).

En la tabla 1.1 se hace la comparativa de las interfaces orientadas a objetos y las interfaces orientadas a la aplicación [6].

Tabla1.1. Comparativa de las interfaces orientadas a objetos y las interfaces orientadas a la aplicación.

INTERFACES ORIENTADAS A LA APLICACIÓN

INTERFACES ORIENTADAS A OBJETOS

La aplicación consiste en un icono, una ventana principal y varias secundarias.

El producto consiste en una colección de objetos que cooperan y vistas de dichos objetos.

Los iconos representan aplicaciones o ventanas abiertas.

Los iconos representan objetos que se pueden manipular directamente.

Los usuarios deben abrir una aplicación antes de trabajar con objetos.

Los usuarios abren objetos como vistas en el escritorio.

Proporciona al usuario las funciones necesarias para realizar las tareas.

Proporciona al usuario los materiales necesarios para realizar las tareas.

Se centra en la tarea principal determinada por la aplicación.

Se centra en las entradas y salidas de los objetos y tareas

Las tareas relacionadas son soportadas por otras aplicaciones.

Las tareas relacionadas son soportadas por el uso de otros objetos.

Estructura rígida: función. Estructura flexible: objeto.

Los usuarios pueden quedar atrapados en una tarea.

Los usuarios no deben quedar atrapados en una tarea.

Los usuarios deben seguir la estructura de la aplicación.

Los usuarios pueden realizar tareas a su propio gusto.

Se requieren muchas aplicaciones: una por tarea.

Se requieren pocos objetos, que se reutilizan en muchas tareas.


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1.4 Sistemas SCADA

El acrónimo en inglés SCADA significa “Supervisory Control And Data Acquisition”, es decir Control de Supervisión y de Adquisición de Datos. Un software SCADA es un software de aplicación especialmente diseñado para desarrollar aplicaciones capaces de ejecutarse en ordenadores industriales, como lo puede ser una HMI, proporcionando comunicación con los dispositivos de campo (Controladores Lógicos Programables, Unidades de Procesamiento Remoto o bien Unidades de Transmisión Remota, entre otros) y proporcionando un control secundario del proceso de forma automática desde la pantalla del ordenador. Además, provee de toda la información que se genera en un proceso industrial a diversos usuarios (figura 1.4): control de calidad, supervisión, mantenimiento, entre otros.

Hay una gran variedad de software SCADA en el mercado, los cuales se pueden dividir en dos grupos [7]:

Específico de cada fabricante: Sólo se pueden utilizar con sus propios equipos, es decir, hardware del mismo fabricante. Ejemplos de ellos son: WinCC® de Siemens, RsView® de Allen Bradley, SCS® de Omron, CXSupervisor® de Omron, entre otros.

Genérico: Válido para productos de varios fabricantes. Necesita de software adicional para la realización de las comunicaciones. Ejemplos de ellos son: Citect®, iFIX®, kepware®, Wonderware InTouch®, LabView®, entre otros.

Figura 1.4. Desplegado gráfico de un proceso industrial creado con un software SCADA.

Las tareas de supervisión y control generalmente están más relacionadas con los desplegados gráficos, en ellos, el operador puede visualizar en la pantalla de la computadora de cada una de las estaciones remotas que conforman el sistema, los estados del proceso, las situaciones de alarma y tomar acciones físicas sobre algún equipo lejano, la comunicación se realiza mediante buses especiales o redes LAN. Todo esto se ejecuta normalmente en tiempo real, y están diseñados para dar al operador de planta la posibilidad de supervisar y controlar dichos procesos [8].


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Estos sistemas actúan sobre los dispositivos instalados en la planta, como son los controladores, autómatas, y pueden obtener información de campo proveniente de sensores, actuadores, registradores, etc. Además permiten controlar el proceso desde una estación remota, para ello el software brinda una interfaz gráfica que muestra el comportamiento del proceso en tiempo real.

Generalmente se vincula el software al uso de una computadora o de un PLC, la acción de control es realizada por los controladores de campo, pero la comunicación del sistema con el operador es necesariamente vía computadora. Sin embargo el operador puede gobernar el proceso en un momento dado si es necesario. Un software SCADA debe ser capaz de ofrecer al sistema [8]:

Posibilidad de crear paneles de alarma, que exigen la presencia del operador para reconocer una situación de paro o situación de alarma con registro de incidencias.

Generación de datos históricos de las señale de planta, que pueden ser enviados para su proceso a una hoja de cálculo.

Ejecución de programas, que modifican la ley de control, o incluso anular o modificar las tareas asociadas al autómata, bajo ciertas condiciones.

Posibilidad de programación numérica, que permite realizar cálculos aritméticos de elevada resolución sobre la CPU del ordenador.

1.5 Introducción a Wonderware InTouch®

InTouch® es un software utilizado para crear aplicaciones de Interfaz Humano-Máquina bajo entorno PC. InTouch® utiliza como sistema operativo el entorno Windows 95/98/2000/XP. El paquete consta básicamente de dos elementos [8]:

WindowMaker: Es el sistema de desarrollo. Permite todas las funciones necesarias para crear ventanas animadas interactivas conectadas a sistemas de entradas/salidas externos o a otras aplicaciones de Windows.

WindowViewer: Es el sistema “runtime” utilizado para ejecutar las aplicaciones creadas con WindowMaker.

1.5.1 Características Generales de Wonderware InTouch®

El software InTouch® ofrece funciones de visualización gráfica que le proporcionan capacidades de gestión de operaciones, control y automatización. Aquello que ahora se conoce en la industria como HMI (Human-Machine Interface) comenzó hace más de veinte años con el software InTouch® en términos de innovación, integridad de arquitectura, conectividad e integración de dispositivos, ruta de migración de versiones de software sin interrupciones y facilidad de uso. Esto se


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traduce en sistemas basados en estándares que permiten incrementar al máximo la productividad, optimizar la efectividad del usuario, mejorar la calidad y reducir los costos de operación, de desarrollo y de mantenimiento [8].

Beneficios:

Facilidad de uso. Integración de dispositivos y conectividad a prácticamente todos los

dispositivos y sistemas de procesos industriales. Gran capacidad de representación gráfica e interacción con las

operaciones del proceso. Facilidad para la gestión de información y capacidad de distribuirla en

tiempo real. Migración de versiones de software sin interrupción.

Capacidades:

Gráficos de resolución independiente y símbolos inteligentes que visualmente dan vida al proceso industrial directamente en la pantalla de una computadora o bien de una HMI.

Sistema de scripting para extender y personalizar aplicaciones en función de cada aplicación.

Alarmas distribuidas en tiempo real con visualización histórica para su posterior análisis.

Graficas de tendencias históricas integradas y en tiempo real. Integración con controles Microsoft© ActiveX y controles .net. Bibliotecas extensibles con más de 500 objetos y gráficos prediseñados,

“inteligentes” y personalizables [7].

1.5.2 Funciones Principales de InTouch®

Supervisión remota de instalaciones y equipos: Permite al operador conocer el estado de desempeño de las instalaciones y los equipos alojados en la planta, lo que permite dirigir las tareas de mantenimiento y estadística de fallas.

Control remoto de instalaciones y equipos: Mediante el sistema se pueden activar o desactivar los equipos remotamente (por ejemplo abrir válvulas, activar interruptores, encender motores, etc.), de manera automática y también manual. Además es posible ajustar parámetros, valores de referencia, algoritmos de control, etc. [8].

Procesamiento de datos: El conjunto de datos adquiridos conforman la información que alimenta el sistema, esta información es procesada, analizada, y comparada con datos anteriores, y con datos de otros puntos de referencia, dando como resultado una información confiable y veraz [8].


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Visualización gráfica dinámica: El sistema es capaz de brindar imágenes en movimiento que representen el comportamiento del proceso, dándole al operador la impresión de estar presente dentro de una planta real. Estos gráficos también pueden corresponder a curvas de las señales analizadas en el tiempo.

Generación de reportes: El sistema permite generar informes con datos estadísticos del proceso en un tiempo determinado por el operador.

Representación de señales de alarma: A través de las señales de alarma se logra alertar al operador frente a una falla o la presencia de una condición perjudicial o fuera de lo aceptable. Estas señales pueden ser tanto visuales como sonoras.

Almacenamiento de información histórica: Se cuenta con la opción de almacenar los datos adquiridos, esta información puede analizarse posteriormente, el tiempo de almacenamiento dependerá del operador o del autor del programa.

Programación de eventos: se refiere a la posibilidad de programar subprogramas que brinden automáticamente reportes, estadísticas, gráfica de curvas, activación de tareas automáticas, entre otras [8].

1.5.3 Entorno de Trabajo en InTouch®

InTouch® consta de una ventana de edición desde la cual se realiza la programación de todas las ventanas de la aplicación con todas sus condicionantes, y del programa de “runtime” que ejecuta la aplicación en comunicación con los distintos dispositivos de campo [8].

Ventana de edición

Desde la ventana de edición, se podrá acceder a todas las opciones de configuración mediante menús desplegables ó botones de acceso directo.

La ventana está dividida en varias partes, como se muestra en la figura 1.5:

1. Barra de menús desplegables. 2. Barra de herramientas. 3. Barra de formato. 4. Barra de dibujo. 5. Zona del explorador de la aplicación. 6. Pantalla de dibujo y animación. 7. Barra de tratamiento de objetos agrupados. 8. Barra de estado.


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Figura 1.5. Ventana de Edición de InTouch

®.

Barras de menús y cajas de herramientas

Como todos los sistemas SCADA, InTouch® incorpora una herramienta de dibujo, mediante la cual se puede dibujar cualquier objeto. Estos objetos, mediante las barras de herramientas, se pueden modificar, cambiar tamaño, color, grosor de líneas y textos a voluntad. Se pueden agrupar, alinear, mandar al frente, etc., y una vez dibujados y configurados, guardarlos para su posterior utilización todas las veces que se desee [7].

También se dispone de objetos complejos ya dibujados, tales como botones, gráficas, alarmas, incluso de la opción de insertar imágenes de un archivo ya creado en formato mapa de bits.

Asistentes (wizards)

Cuando un objeto se ha dibujado, el paso lógico siguiente es animarlo (asociarlo a una acción). Todos los sistemas SCADA disponen de una serie de objetos de uso más frecuente ya dibujados y editados esencialmente, como se puede observar en la figura 1.6, de forma que simplemente configurando sus parámetros se consigue su funcionamiento [7].


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Figura 1.6. Ejemplo de wizards disponibles en InTouch

®.

Estos objetos aparecen agrupados por temas: pulsadores, lámparas, gráficas, interruptores, relojes, etc., una vez seleccionado, se inserta en la pantalla y se edita, asociándolo al “punto” de comunicación, el cual se encargará de su animación. Según las características del objeto, también se pueden cambiar algunos aspectos de su apariencia (color, texto, etc.).

Etiquetas (Tagnames)

La base de datos de ejecución es el núcleo tanto de InTouch®, como de algún otro software SCADA [7]. En InTouch® es llama Tagname Directory o directorio de etiquetas y contiene todos los valores actuales de los elementos de dicha base (llamados etiquetas). Cada etiqueta representa una variable que puede ser de varios tipos como se observa en la figura 1.7:

Interna, la variable es utilizada exclusivamente por el software SCADA. Externa, la variable se utiliza como enlace entre el software SCADA y el

controlador. Grupos de alarmas. Asociados a gráficos históricos. Binaria, el estado de la variable es un “cero” o un “uno”. Número entero, (por ejemplo 20567,345). Número real, (por ejemplo 5.46 x 1012). Alfanumérico, la variable contiene una cadena de texto. Propios del sistema. Variables ya configuradas y utilizadas por el sistema

(por ejemplo la fecha y la hora).


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Figura 1.7. Directorio de Tagnames de InTouch

®.

En una aplicación compleja se puede llegar a trabajar con varios miles de etiquetas, lo que hará necesario el organizarlas agrupándolas por temas. Al editar una etiqueta desde el menú “diccionario de etiquetas” habrá que definir su tipo, sus valores límite, si se va a utilizar en un histórico, si se va a configurar como alarma, etc. Antes de animar los objetos dibujados hay que tener editadas las etiquetas necesarias [7].

Enlaces de animación

Existen dos tipos básicos de enlaces: Contacto y Visualización.

Los enlaces de contacto permiten al operario realizar entradas de datos en el sistema. Los enlaces de visualización, se utilizan para informar al operador del estado de los distintos parámetros del sistema [7].

Un objeto, según sus características se puede animar de varias formas:

Usándolo como entrada de datos. Como una barra de desplazamiento. Como un pulsador que realizará una acción. Cambiando el color de sus líneas. Cambiando su tamaño.


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Desplazándolo. Cambiando su color de relleno. Usándolo como visualizador (display). Cambiando el color de un texto. Usándolo como porcentaje de relleno para simular contenedores de

líquidos.

A un objeto se le podrán adjudicar varias acciones a la vez como se muestra en la figura 1.8. Cada acción irá asociada a una etiqueta. Cada acción necesitará que se le definan otros parámetros adicionales tales como: valores límite, estado por defecto, valores intermedios, tipo de función al pulsar, etc. [7].

Figura 1.8. Ventana de enlaces de animación.

Scripts de programación

Los scripts permiten ejecutar comandos y operaciones lógicas basadas en criterios especificados. Pueden ser de varias clases: aplicación, ventana, tecla, condición, cambio de datos, etc. En todos ellos el scripts será leído y por lo tanto ejecutado cuando se cumpla la condición previa del mismo (según la clase de script).

En la figura 1.9, se ve un script que cuando se pulse la letra m, se leerán las instrucciones especificadas en él y por lo tanto se ejecutarán dos acciones: al punto “marcha” se le asignara un 1 lógico y por otro lado, si el punto “velocidad1” es inferior a 1000 se incrementará en una unidad, de no ser así, se mantendrá en 1000.

Se observa también la disponibilidad de teclas de función las cuales permiten utilizar más de 150 funciones de todo tipo (matemáticas, del sistema, ayuda, texto, etc.) [7].


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Figura 1.9. Scripts; disponibilidad de funciones.

Alarmas

Todo SCADA proporciona un sistema de notificación para informar al operador de las condiciones del proceso y del sistema. Este sistema permite la visualización, registro e impresión de alarmas de proceso y eventos del sistema. Las alarmas representan avisos de condiciones anormales del proceso, mientras que los eventos representan mensajes normales del estado del sistema [7].

Existen dos sistemas de alarmas: local y distribuida. El sistema local se utiliza para mostrar y reconocer alarmas del dispositivo local conectado al sistema SCADA. El sistema distribuido se utiliza para mostrar y reconocer alarmas de cualquier dispositivo, cuando el sistema SCADA está conectado a un sistema en red (mediante un bus de datos).

Las alarmas pueden ser de varios tipos según sus características como se observa en la figura 1.10:

Discreto (cambio del Tagname de 0 a 1 o a la inversa). Desviación (cuando el Tagname se desvía por encima o debajo del valor

especificado). Frecuencia de cambio (cuando el Tagname cambia de valor un número

excesivo de veces en un tiempo predeterminado). Valor (alto, bajo, muy alto, muy bajo).


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Figura 1.10. Configuración de alarmas.

Para visualizar las alarmas es preciso disponer de un “visor”. En el cual, cuando se active la alarma, aparecerá toda la información relativa a la misma (hora y fecha, tipo de alarma, nombre, grupo, valores limites, etc.).

Al realizar un desplegado gráfico será necesario disponer de botones pulsadores para que el operador reconozca la alarma, ignorar la alarma, o bien realizar acciones de control secundario para que el proceso regrese a su condición normal de operación dependiendo de la lógica del desplegado gráfico.

Los visores de alarmas creados en InTouch® se podrán editar desde sus respectivas tarjetas de configuración, en ellas se podrá modificar la apariencia (colores de texto y líneas), se indicará si es un histórico de alarmas, grupo al que pertenecen, prioridad, columnas a visualizar (pulsando el botón “formato del mensaje de alarmas”) [7].


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CAPÍTULO 2. ARQUITECTURA DEL SISTEMA DE GAS Y FUEGO


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CAPÍTULO 2. ARQUITECTURA DEL SISTEMA DE GAS Y FUEGO 26

La simulación de la Interfaz Humano-Máquina se realizará para el primer nivel de una plataforma marina tipo enlace. Por lo tanto es necesario en primera instancia describir a mayor detalle el proceso que se lleva a cabo en ellas con la finalidad de establecer la importancia de contar con un sistema de Gas y Fuego en éste tipo de proceso. Posteriormente se describe la estructura típica de su sistema de Gas y Fuego incluyendo los periféricos, entre los cuales se encuentra la Interfaz Humano-Máquina. Finalmente se describe la comunicación de la HMI con el controlador estableciendo el protocolo y los materiales necesarios para establecer dicha comunicación.

2.1 Descripción General del Proceso de una Plataforma Enlace

Una plataforma enlace se encarga de separar la mezcla de aceite, gas y agua por medio de separadores trifásicos que operan bajo el principio de funcionamiento de diferencia de densidades a presión constante, al almacenar la mezcla de hidrocarburos y agua en un contenedor y reducir su velocidad de flujo a valores cercanos a cero los componentes de la mezcla se separarán por proceso de decantación.

Una vez separadas, las 3 corrientes de la mezcla se deben distribuir como se muestra en el diagrama a bloques de la figura 2.1. Después de ser tratados el aceite y el gas se enviarán por separado a tuberías que llegan a las plataformas de producción. Éstas constituyen la parte medular de un complejo petrolero, ya que en ellas se realiza el proceso de separación en segunda etapa del aceite, proporcionando al crudo las condiciones adecuadas para su envío a los puntos de almacenamiento o exportación para su venta, tanto al mercado nacional como extranjero. De la misma forma se realiza un proceso químico al gas amargo obtenido para posteriormente enviarlo a plataformas de compresión.

Figura 2.1. Diagrama a bloques del proceso de una plataforma enlace.


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Para evitar el arrastre de material sólido y evitar que interfiera con la correcta operación de los separadores trifásicos, se cuenta con filtros de crudo tipo dúplex en cada una de las líneas que colectan la mezcla.

De acuerdo al número de separadores con los que cuente la plataforma enlace, se pueden efectuar arreglos para lograr diferentes filosofías de operación del proceso llamadas flexibilidades operativas. Es decir se podrían utilizar todos los separadores en paralelo como primera etapa, cierto número de separadores en paralelo como primera etapa y el resto como separadores de segunda etapa, entre otros arreglos posibles.

Parte importante del proceso que se realiza en una plataforma enlace son las trampas lanzadoras y receptoras de diablos, encargadas de realizar la limpieza de los cabezales por los cuales fluye la mezcla, formando así parte fundamental de las acciones de mantenimiento de los mismos.

En el proceso de una plataforma enlace también se debe contar con un sistema de desfogue constituido típicamente por dos cabezales, uno de alta presión y uno de baja presión. En ellos se recolectan las descargas de válvulas de seguridad, válvulas de despresurización, válvulas reguladoras de presión de los separadores trifásicos, válvula de seguridad del tanque de drenaje cerrado, válvulas de los filtros de crudo y válvulas de seguridad de las trampas de diablos que existan en la plataforma.

Los cabezales recolectores del sistema de desfogue depositan la mezcla en un tanque colector donde se separan las fases liquidas y gaseosas. El líquido es recuperado hacia el proceso mientras el gas se envía hacia un quemador con el objetivo de no generar una atmosfera explosiva por acumulación de gases.

Se utiliza un sistema de drenaje abierto en el proceso para canalizar los derrames de hidrocarburos y agua que se pudieran presentar tanto en los separadores trifásicos como en las trampas de diablos. El sistema de drenaje abierto realiza dos funciones principales: la primera es conducir los derrames de los equipos al tanque de drenaje abierto donde por medio de bombas neumáticas el fluido es recuperado al sistema de drenaje cerrado. Y la segunda es descargar el agua de lluvia acumulada en las charolas hacia el mar.

Finalmente, también se utiliza un sistema de drenaje cerrado para recolectar las descargas de hidrocarburos de los equipos cuando se drenan por mantenimiento o por quedar fuera de operación y también recoge el hidrocarburo recuperado en el tanque de drenaje abierto. Estas corrientes son enviadas a un tanque de drenaje cerrado desde el cual la mezcla es bombeada para regresar al proceso de separación en la alimentación de los separadores trifásicos.


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2.2 Importancia de un Sistema de Gas y Fuego en una Plataforma

La naturaleza de los procesos y operaciones que se realizan en las instalaciones de cualquier Plataforma marina, implican riesgos de ocurrencia de incidentes industriales; destacando por su magnitud los de explosión e incendio que tienen su origen en fugas de hidrocarburos líquidos o gaseosos, así como aquellos derivados de la presencia de atmósferas contaminadas con productos tóxicos que ponen en riesgo la vida de su personal y que pueden afectar al medio ambiente [9], [10], [11]. Esto ha obligado al sector energético en el ámbito de la producción de hidrocarburos a modernizar e instalar sistemas con tecnología reciente y probada que permitan: monitorear y determinar las condiciones de riesgo, prevenir y alertar situaciones peligrosas de incendio, aumentar la velocidad de respuesta para el combate del siniestro, accionar los sistemas contra incendios de manera manual, semiautomática o automática desde una posición segura, interactuar con otros sistemas de protección e informar o notificar a los sistemas que controlan los procesos [9], [11].

En las plataformas petroleras se requiere de Sistemas de Gas y Fuego que monitoreen, alerten, controlen y supriman eventos y siniestros causados por gases tóxicos y mezclas explosivas de hidrocarburos [9] con el propósito de salvaguardar los recursos humanos y materiales, evitar y/o disminuir los daños a las instalaciones y ahorrar en los recursos utilizados para la seguridad y control del medio ambiente.

2.3 Estructura del Sistema de Gas y Fuego

La estructura de un Sistema de Gas y Fuego en cuanto a sus requerimientos y funciones de protección se encuentra íntimamente relacionada con un análisis de riesgos preliminar. El cuál se debe realizar antes de la construcción de la instalación en la cual se llevará a cabo determinado proceso industrial y debe contemplar los eventos no deseados que se podrían presentar, las causas probables por las cuales ocurriría el incidente y las posibles consecuencias que éste conllevaría. Debe formar parte de la ingeniería del proyecto y sus resultados deben incluir el Nivel Integral de Seguridad del sistema a utilizar (NIS/SIL) [12]. En la tabla 2.1 se pueden visualizar los niveles SIL y su probabilidad de falla.

Tabla 2.1. Nivel Integral de Seguridad (SIL) [12].

Nivel Integral de Seguridad NIS/SIL Probabilidad de falla

1 10-1 al 10-2

2 10-2 al 10-3

3 10-3 al 10-4

La arquitectura de un Sistema de Gas y Fuego puede ser de dos tipos dependiendo de su aplicación: Punto a punto o de lazo. Para el caso de las instalaciones ubicadas en el lecho marino deben ser punto a punto dadas las características de esta arquitectura [12]:


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1. Se define como el sistema en el cual cada uno de sus componentes (detectores, estaciones manuales, alarmas, etc.) externos están cableados uno a uno a la unidad de control, teniéndose un enlace para comunicaciones por medio de un protocolo a sistemas digitales superiores para información.

2. Reduce la probabilidad de falla del sistema en demanda y requiere características especiales en la unidad de control.

3. Está diseñado para aplicaciones de alto nivel en áreas industriales abiertas, en donde no se tiene control sobre el medio ambiente.

Al realizar el análisis de riesgos de la instalación se definen las designaciones de áreas en las cuales existe un riesgo potencial de ocurrencia de alguna situación insegura dentro de la misma y en base a ello se establecen la cantidad y tipo de instrumentos del Sistema de Gas y Fuego. En base a lo anteriormente mencionado se presenta una arquitectura típica del Sistema de Gas y Fuego de una plataforma enlace en la figura 2.2.

Figura 2.2. Arquitectura típica del Sistema de Gas y Fuego de una plataforma enlace.

Los instrumentos de campo envían y reciben señales de la UPR de Gas y Fuego por medio de conexiones punto a punto utilizando multiconductores de pares para las señales discretas y de triadas para las señales analógicas por la necesidad de contar con un hilo de dren con malla aluminizada para reducir la interferencia en las señales de 4 a 20 [mA].


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Las señales de campo interactúan con la UPR de Gas y Fuego para que esta ejecute acciones de prevención y mitigación para garantizar la seguridad del personal, del medio ambiente y de la instalación. A su vez, la UPR de Gas y Fuego se comunica con la UPR de paro por emergencia y con los periféricos que se muestran en la figura 2.2 (impresora de alarmas y eventos, impresora de reportes, estación de operación local y estación de operación/configuración).

La ubicación física de los instrumentos que se encuentran instalados en el primer nivel de la plataforma enlace (en donde típicamente se encuentran ubicadas las trampas lanzadoras y receptoras de diablos usadas con el fin de dar mantenimiento o inspeccionar los ductos de transporte de hidrocarburos por medio de la limpieza de los mismos) se puede apreciar en la figura 2.3. En la cual se observan las zonas pertenecientes a éste nivel (zonas 9, 10, 11, 12 y 13).

Figura 2.3. Plano de ubicación de los instrumentos del Sistema de Gas y Fuego del nivel 1.

En la zona 9 se encuentran dos trampas lanzadoras y receptoras de diablos. En dicha zona se encuentran distribuidos los instrumentos del Sistema de Gas y Fuego necesarios para garantizar la prevención y el control de algún evento no deseado como se muestra en la figura 2.4.


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Figura 2.4. Zona 9 del Sistema de Gas y Fuego.

En la zona 10 se encuentra una trampa lanzadora y receptora de diablos. La cual cuenta con los instrumentos mostrados en la figura 2.5.



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En la zona 11 de la plataforma enlace se encuentran tanto el tanque de diesel para alimentar a las bombas contra incendio como el tanque de drenaje abierto perteneciente al sistema de drenaje abierto. Dichos equipos y sus respectivos instrumentos se observan en la figura 2.6.


La zona 12 también se encuentra ubicada en el primer nivel de la plataforma, en esta zona existen dos trampas lanzadoras y receptoras de diablos y sus instrumentos son los que se observan en la figura 2.7.



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Finalmente, la zona 13 del Sistema de Gas y Fuego cuenta con dos trampas lanzadoras y receptoras de diablos con sus respectivos instrumentos, como se muestra en la figura 2.8.


2.5 Detección y Alarmas del Sistema de Gas y Fuego

En la NRF-210-PEMEX-2008 se establece que para la ubicación de los dispositivos de campo del sistema de detección y alarmas se deben considerar los requisitos para el mantenimiento y así reducir al mínimo la necesidad de proporcionar arreglos especiales de acceso para calibración, limpieza o pruebas, y deben montarse de manera que los golpes o vibraciones no provoquen su accionamiento accidental o su falla [10]. A continuación se describen los instrumentos encargados de detectar la presencia de atmosferas toxicas y explosivas.

Detectores

Los detectores que se encuentran típicamente en una plataforma enlace se muestran en la tabla 2.2.

Tabla 2.2. Detectores utilizados en una plataforma enlace.

DETECTORES Y TIPO DE DETECCIÓN

Detectores de fuego Detectores de gas

De flama

Ultra violeta (UV).

Infrarrojo (IR).

Combinación UV/IR.

Combustible

Infrarrojo.

Oxidación catalítica.

Camino abierto.


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Detectores de fuego Detectores de gas

IR multiespectro.

Óptico-visual.

Hidrógeno

Oxidación catalítica. Toxico (H2S)

Electroquímico.

Camino abierto. Toxico (HF) Electroquímico.

En la norma de referencia de PEMEX NRF-210-PEMEX-2008 se cita la siguiente información referente a la instrumentación del Sistema de Gas y Fuego de una instalación:

Detectores de fuego UV/IR

Instrumento cuyo elemento primario de medición es sensible al espectro luminoso del haz que emite la fuente de un incendio, particularmente en la banda de UV e IR. Detecta la radiación ultravioleta e infrarroja producida por fuego en el ambiente, por medio de foto sensores [10].

Detectores de gas

Se emplean para monitorear y detectar oportunamente la presencia y la acumulación de gases tóxicos y/o combustibles en la atmósfera de las instalaciones, y así evitar riesgos potenciales al personal e instalaciones a través de los sistemas de alarmas audibles y visibles.

Detectores de gas combustible: Se utilizan para supervisar continuamente la concentración de gas combustible en áreas abiertas, activando una señal a través de alarmas audibles y visibles cuando exista una concentración determinada.

El detector de gas combustible opera en el rango de 0 a 100 por ciento del Límite Inferior de Explosividad/Inflamabilidad (LIE/LEL) cuentan con identificación automática de fallas y las señales de salida para su conexión con la unidad de control respectiva son:

a) Baja concentración de gas combustible 20 por ciento LIE (LEL). b) Alta concentración de gas combustible 40 por ciento LIE (LEL). c) Envió de señal al sistema de Paro por Emergencia de alarma a la concentración de gas combustible 60 por ciento LIE (LEL). d) Falla del detector de gas combustible. e) Detector de gas combustible en calibración.

Detector de gas tóxico: Estos dispositivos censan ácido sulfhídrico, ácido fluorhídrico u otros gases.


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El detector de gas toxico opera en el rango de 0 a 100 ppm conforme al inciso G.4.8 de la ISO 10418. En éste caso las señales de salida para su conexión con la unidad de control respectiva son:

a) Baja concentración de gas tóxico (H2S) 10 ppm (configurable). b) Alta concentración de gas tóxico (H2S) 20 ppm (configurable). c) Envió de señal para Paro de Emergencia 50 ppm (configurable). d) Falla del detector de gas tóxico (H2S). e) Detector de gas tóxico (H2S) en calibración.

Alarmas

Las alarmas para alertar al personal pueden ser sonoras y/o luminosas, proporcionando la información necesaria sobre la anomalía detectada para cada tipo de riesgo, con distintos tonos y luces diferentes.

Solo personal autorizado, debe silenciar la alarma sonora una vez que haya confirmado el alcance de la emergencia, mientras que la alarma luminosa debe permanecer activada durante todo el evento [10].

En la plataforma se debe contar con un sistema de señalización (audible/visible) del sistema de alarmas que permita al personal identificar la ubicación de una emergencia de manera rápida y precisa, e indicar el estado del equipo de emergencia o de las funciones de seguridad contra incendio que podrían afectar la seguridad de los ocupantes en caso de incendio.

Alarmas audibles en campo: El sistema de alarma audible está conformado por un generador de tonos capaz de producir los tonos y/o mensajes; cuando se requiera integrar al sistema de voceo debe efectuarse de acuerdo a la norma NRF-117-PEMEX-2005 y por bocinas amplificadoras para reproducir los tonos, deben estar protegidas contra las condiciones del medio ambiente.

Alarmas visibles en campo (semáforos): Éstas alarmas son activadas para emitir luces de colores específicos con luz intensa, 10 veces superior a la ambiental para permitir avisar al personal que se encuentra en el área, de la existencia de una condición de emergencia, son operadas por una señal proveniente del Sistema de Gas y Fuego [10].

Los semáforos están ubicados de manera que el efecto de funcionamiento, tipo, tamaño, intensidad y número de aparatos deben ser vistos por el personal, y permitirle al observador discernir si han sido iluminados.

Las alarmas visibles que indican condición normal son del tipo continuo (incandescente, fluorescentes, LED). Con potencia de lámpara según el área de aplicación. Pueden existir dos o más luces encendidas a la vez, excepto la luz verde, que se debe apagar al activarse cualquier otra luz de alarma [10].


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Los colores y letreros que identifican la condición anómala detectada se muestran en la tabla 2.3.

Tabla 2.3. Semáforos de alarmas visibles.

ALARMAS GENERALES EN LAS INSTALACIONES

Color Tipo Letrero (razón de la alarma)

Verde Continuo Condición normal

Rojo Intermitente Fuego

Amarillo Intermitente Alta concentración de gas combustible y/o hidrógeno

Azul Intermitente Alta concentración de gas toxico

Transparente Intermitente Abandono de la instalación

Violeta Intermitente Hombre al agua

Estaciones manuales de alarmas

En un sistema de detección de incendio, es indispensable la instalación de estaciones manuales de doble acción “Empujar Barra y Jalar Palanca” o “Levantar Tapa y Presionar Botón” o “Levantar Tapa y Jalar Palanca” que al ser accionadas por el hombre, transmitan una señal de alarma a la unidad de control o tablero de seguridad. Se debe considerar de fácil operación con una sola mano, y no debe contar con una tapa externa al dispositivo que pudiera requerir utilizar otra mano [10].

2.5 Tablero de Seguridad del Sistema de Gas y Fuego

La NRF-205-PEMEX-2008 establece que los Tableros de Seguridad del Sistema de Gas y Fuego deben estar integrados por los siguientes componentes, sin que esto sea limitativo [11]:

CPU Interfaz Humano-Máquina. Interfaces de comunicación con otros sistemas. Entradas/Salidas. Unidad portátil de programación. Fuentes de energía eléctrica. Sistema de Fuerza Ininterrumpible. Gabinetes. Programas de cómputo.

Así mismo establece que los Tableros de Seguridad deben contar como mínimo con las siguientes funciones [11]:

Alarmar. Monitorear. Supervisar.


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Activar los sistemas de respuesta. Indicar Falla.

Los componentes físicos que integran al Tablero de Seguridad acorde a la norma de referencia NRF-205-PEMEX-2008 se enlistarán a continuación:

Unidad de Procesamiento Central (CPU). Interfaz Humano Máquina. Puertos de comunicación. Entradas / Salidas. Unidad portátil de programación. Fuente de poder. Sistema de Fuerza Ininterrumpible (UPS). Baterías de respaldo. Gabinetes. Requerimientos de sistema de tierras.

2.6 Controlador Electrónico Programable del Sistema de Gas y Fuego

Una Plataforma enlace debe contar con un Controlador Electrónico Programable para ejecutar la lógica de las Funciones Instrumentadas de Seguridad del Sistema de Gas y Fuego. Acorde a la normativa interna de PEMEX citada a continuación, dicho controlador debe cumplir con las características descritas en ella.

La NRF-184-PEMEX-2007 establece que se debe suministrar el Controlador Electrónico Programable (CEP) del Sistema de Gas y Fuego constituido por sus componentes físicos, programas paquetes, protocolos, licencias, garantías, documentación y los servicios requeridos para la integración, configuración, instalación, pruebas y operación del Sistema de Gas y Fuego [9].

El CEP del Sistema de Gas y Fuego, no sustituye total ni parcialmente a los dispositivos, equipos, instrumentos o arreglos que forman parte integral de los Sistemas Digitales de Monitoreo y Control de proceso, que son los sistemas básicos que monitorean y controlan la operación rutinaria de las instalaciones [7].

El CEP del Sistema de Gas y Fuego y su operación, es independiente de cualquier otro sistema, incluso de los sistemas de paro de emergencia [9].

La comunicación entre el CEP del Sistema de Gas y Fuego y el sistema de paro por emergencia debe ser unidireccional.

El Controlador Electrónico Programable del Sistema de Gas y Fuego debe supervisar, monitorear y/o activar directamente sistemas de seguridad específicos.


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Así mismo el CEP del Sistema de Gas y Fuego se debe comunicarse con los sistemas siguientes:

Sistema de Paro por Emergencia (SPE). Sistema Digital de Monitoreo y Control de Proceso (SDMC). Otros Sistemas Superiores de Monitoreo y Control.

Componentes del CEP del Sistema de Gas y Fuego

Los componentes que integran el Controlador Electrónico Programable del Sistema de Gas y Fuego son [9]:

Interfaz Humano-Máquina. Interfaces de comunicación con otros sistemas. Módulos de entrada/salida. Unidad portátil de programación. Fuentes de energía eléctrica. Sistema de fuerza Ininterrumpible. Gabinetes. Programas de cómputo (software).

Un controlador que cumple con las características mencionadas anteriormente es una Unidad de Procesamiento Remoto (UPR). La cual puede procesar la información que se debe manejar en los controladores de los Sistemas: Básico de Control de Proceso, de Paro por Emergencia y de Gas y Fuego.

En la tabla 2.4 se presenta un resumen de las señales del nivel 1 de la Plataforma enlace que procesará la UPR del Sistema de Gas y Fuego para establecer el consumo de corriente que debe proporcionar la Fuente de Energía Ininterrumpida (UPS). Siendo el alcance de este proyecto solo la simulación de la Interfaz Humano-Maquina la fuente ininterrumpida no se dimensionará. Sin embargo, en caso de realizar la implementación del proyecto resulta ser un factor necesario para conocer la cantidad de energía que debe ser capaz de suministrar dicha fuente.

Tabla 2.4. Resumen de señales de la UPR de Gas y Fuego y consumo de corriente en el primer nivel.

Tipo de señal Número

de hilos

Cantidad Consumo en alarma

[A]

Consumo total [A]

Consumo total [W]

Entrada analógica: detectores de fuego

3 11 0.210 2.31 55.43

Entrada analógica: detectores de gas combustible

3 9 0.336 3.024 72.57

Entrada analógica: detectores de gas tóxico

3 9 0.130 1.17 28.08


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Tipo de señal Número

de hilos

Cantidad Consumo en alarma

[A]

Consumo total [A]

Consumo total [W]

Entrada analógica: transmisores de presión

3 8 0.130 1.04 24.96

Entrada analógica: transmisores de nivel

3 1 0.130 0.130 3.12

Entrada discreta 2 21 0.020 0.42 10.08

Salida discreta 24 Vcd a solenoides

2 5 0.500 1 (max. 2 en operación)

24

Salida discreta 24 Vcd a generador de tonos

2 3 0.060 0.18 4.32

Salida discreta 24 Vcd a alarmas audibles

2 3 2.0 6 144

Salida discreta 24 Vcd a alarmas visibles

2 18 1.08 12.96 (max.

12 en operación)

310.95

Consumo total de energía para la instrumentación de campo considerando un máximo de 4 luces encendidas por semáforo.

677.51

Para conocer la cantidad de energía que demanda el Sistema de Gas y Fuego y por lo tanto la capacidad de carga que debe suministrar la Fuente de Energía Ininterrumpida de la UPR de Gas y Fuego se debe realizar el levantamiento de cargas en toda la plataforma enlace. En la tabla 2.4 solo se han considerado las señales provenientes del nivel 1 para establecer la carga que demanda el nivel sobre el cual se desarrollará la simulación de la HMI.

Otro factor importante que se debe considerar tanto para la instalación de la Interfaz Humano-Máquina como para realizar la cotización del proyecto es el equipo y los materiales que se necesitan para establecer la comunicación de la UPR de Gas y Fuego con la estación de operación local.

En una plataforma enlace, la comunicación utilizada entre la Unidad de Procesamiento Remoto (UPR) de Gas y Fuego y la UPR de Paro por Emergencia es punto a punto. Para enviar información al Sistema Digital de Monitoreo y Control (SDMC) de proceso se usa la comunicación OPC. La cual permite la obtención y envío de datos en tiempo real, datos históricos, alarmas y eventos, entre otros. De la misma manera se establece comunicación punto a punto con los detectores, alarmas e instrumentos del Sistema de Gas y Fuego.


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Otra comunicación que debe establecer la UPR del Sistema de Gas y Fuego es con los periféricos inherentes a ella, por medio del protocolo Ethernet TCP/IP. A continuación se mencionan algunos puntos importantes para realizar esta comunicación:

LAN-switch

El LAN-switch es un dispositivo que provee una conexión separada para cada nodo en una red interna de una instalación.

El LAN-switch depende de la conmutación de paquetes. Este tipo de switch establece una conexión entre dos segmentos el tiempo suficiente para enviar el paquete actual. Los paquetes de entrada son salvados a una memoria temporal llamada buffer. La dirección MAC contenida en los paquetes de entrada es leída y comparada con una lista de direcciones que se mantiene en una tabla de lectura del switch.

En la tabla 2.5 se desglosan los tipos de señales de campo provenientes del nivel 1 de la plataforma que establecen comunicación con la UPR de Gas y Fuego.

Tabla 2.5. Listado de señales de campo provenientes del nivel 1 de la Plataforma.

TAG Descripción

Señal analógica de 4 a 20 [mA]

Señal digital de 24[ Vcd]

Entrada Salida Entrada Salida

GSH-G-xxx Alarma visible verde - - - 3

GSH-R-xxx Alarma visible roja - - - 3

GSH-Y-xxx Alarma visible amarilla - - - 3

GSH-B-xxx Alarma visible azul - - - 3

GSH-V-xxx Alarma visible violeta - - - 3

GSH-W-xxx Alarma visible blanca - - - 3

HS-F-xxx Estación manual de activación por fuego

- - 3 -

HS-AP-xxx Estación manual de

activación por abandono de la plataforma

- - 3 -

HS-HA-xxx Estación manual de

activación por hombre al agua

- - 3 -

PT-xxxx Transmisor de presión 8 - - -

LT-xxxx Transmisor de nivel 1 - - -

USH-xxx Detector de fuego 9 - - -


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TAG Descripción

Señal analógica de 4 a 20 mA

Señal digital de 24 Vcd

Entrada Salida Entrada Salida

OSH-xxx Detector de gas tóxico 10 - - -

ASH-xxx Detector de gas combustible 9 - - -

SDY-xxxx Válvula de solenoide en

válvula de diluvio - - - 5

PSH-xxxx Interruptor por alta presión - - 5 -

ZSC-xxxx Interruptor de posición

cerrada - - 5 -

LSH-xxxx Interruptor por alto nivel - - - 1

LSL-xxxx Interruptor por bajo nivel - - - 1

DSH-xxx Alarma audible - - - 3

GT-xx Generador de tonos - - - 3

SUBTOTAL 37 0 19 31

TOTAL CON 20% ADICIONAL 44 0 23 37

El número de entradas y salidas tanto digitales como analógicas es un dato necesario para dimensionar las tarjetas de entradas y salidas del controlador del Sistema de Gas y Fuego. Sin embargo, en el marco de la simulación de la Interfaz Humano-Máquina es importante porque representa el número de variables con las cuales se debe establecer comunicación por medio de los registros del controlador con el objetivo de realizar las acciones de monitoreo y control secundario.

La instalación de la HMI implica la comunicación de la UPR de Gas y Fuego con la estación de operación local. Debido a que se realizara solo una simulación de la HMI, no se realizara la comunicación antes mencionada, sin embargo, también se debe considerar este aspecto para realizar una cotización del proyecto completo.

Las señales de la UPR de Gas y Fuego interactúan con las señales de la estación de operación local utilizando el protocolo Ethernet TCP/IP utilizando dos LAN-SWITCH. Los cuales establecen redundancia en la comunicación con la HMI. La comunicación descrita se debe realizar utilizando un protocolo que cumpla con las siguientes características obligatorias acorde con la Norma de Referencia Interna de PEMEX NRF-046-PEMEX-2012:

1. Adquisición de datos a través de interrogación secuencial. 2. Adquisición de eventos.

Además de los siguientes cuatro requisitos descritos a mayor detalle:


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Adquisición de datos a través de reporte por excepción, con el proceso de interrogación secuencial. Esta función se debe usar para actualizar sólo los valores de variables de procesos que han registrado un cambio respecto de su valor anterior, y se debe emplear por los equipos de control ubicados en instalaciones remotas para transmitir dichos datos únicamente cuando le toca el turno de interrogación secuencial hacia el equipo de control ubicado en las instalaciones centrales [13].

Verificación y corrección de errores en comunicación. Para asegurar que el mensaje que se va a transmitir no se corrompa durante su envío, el protocolo de comunicación debe manejar algún método para verificar que dicho mensaje no contiene errores. El protocolo de comunicación de forma implícita debe tener un algoritmo o método para corregir el error [13].

Operaciones punto a punto entre equipos de control. Se presentan cuando se establece un enlace de comunicación entre dos equipos de control. El protocolo de comunicación debe soportar el enlace de comunicación punto a punto [13].

Operación de reparto generalizado de mensajes entre equipos de control. El protocolo de comunicación debe operar los comandos para poder transmitir datos en reparto generalizado entre equipos de control [13].

Por lo tanto se establece utilizar la red industrial EtherNet/IP con el protocolo de comunicación Protocolo de Control de Transmisión (TCP) basados la NRF-046-PEMEX-2012 para lo cual se requiere enviar y recibir la señal con conductor UTP categoría 6.

2.7 Periféricos del Sistema de Gas y Fuego

Los periféricos considerados en la arquitectura típica del Sistema de Gas y Fuego de una plataforma enlace se describirán a continuación a mayor detalle iniciando por la estación de operación local, la cual es esencialmente un área designada para las acciones de monitoreo y control secundario.

Estación de operación local

La estación de operación local es un área designada para ubicar al equipo y los dispositivos necesarios para efectuar las acciones de monitoreo y control secundario de una instalación industrial. Desde ella es posible monitorear toda la instalación desde una o varias HMI en las cuales el o los operadores pueden visualizar el estado ya sea de uno, de forma independiente, o bien de todos los niveles de control planteados en la arquitectura de la planta. Los cuales pueden ser: básico de control de procesos, paro por emergencia, contra incendios y Gas y Fuego.


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Desde la estación de operación local del sistema de Gas y Fuego los operarios son informados en tiempo real de las alarmas y los eventos que ocurren en este sistema con información detallada del incidente para así garantizar que la instalación se encuentre en una condición segura de operación, ya sea de forma automática con las acciones del controlador o bien de forma semiautomática por medio de botones virtuales de los cuales ha sido provista la HMI o botones físicos instalados en la estación de operación local. Un ejemplo de estación de operación se muestra en la figura 2.9.

Figura 2.9. Apariencia de una estación de operación.

Las acciones de control y mitigación que se envían desde la estación de operación local se consideran de control secundario debido a que no actúan directamente en los instrumentos del Sistema de Gas y Fuego, si no que envían señales al controlador en el cual se encuentra programada la función instrumentada de seguridad para accionar los elementos finales de control. Una vez que la instalación se encuentra nuevamente en una condición segura de operación se reconoce la alarma en la HMI y queda registrada en la base de datos de la misma.

La estación de operación local es provista de las herramientas tanto físicas como a nivel de programación necesarias para efectuar todas las funciones mencionadas anteriormente pero tiene una limitante importante que mencionar; que desde ella no es posible efectuar modificaciones a la lógica o al entorno animado de los desplegados gráficos.

Estación de operación/configuración

La arquitectura de los sistemas de monitoreo se puede plantear con diferentes configuraciones de estaciones. La estación de operación es fundamental en cualquier arquitectura, ya que desde ella se realizan todas las acciones de monitoreo y control secundario de toda la instalación. A la estación de operación se agregan otras funciones para complementar la funcionalidad de todo el sistema. Algunas de estas configuraciones pueden ser: estación de operación/configuración, estación de configuración/ingeniería, entre otras.


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Dentro de la arquitectura del Sistema de Gas y Fuego se cuenta con una estación de operación/configuración debido a que desde la estación de operación local no es posible realizar modificaciones a la lógica previamente programada en la HMI y tampoco es posible modificar los objetos existentes en los desplegados gráficos, tales como botones virtuales, tipo y tamaño de letra, color de las animaciones, acciones dinámicas, entre otros. Estas modificaciones se realizan desde la estación de operación/configuración solo en caso de que se decida que el diseño de los desplegados o alguna respuesta de la lógica del monitoreo no sea la más adecuada en alguna situación específica de riesgo, situación en la cual la experiencia de los operarios resulta ser de gran importancia.

El controlador del Sistema de Gas y Fuego cuenta con los requerimientos necesarios para establecer comunicación con la estación de operación/configuración ya sea de forma temporal o de forma permanente. Ya que ésta se puede utilizar como estación de operación en paralelo con la estación de operación local o bien monitorear desde ella los instrumentos del Sistema de Gas y Fuego en caso de que por situaciones especiales la estación de operación local quede fuera de operación temporalmente.

Impresora de alarmas y eventos

Por las características descritas a continuación, una impresora de matriz de puntos es la ideal para realizar la impresión de las alarmas y los eventos no deseados guardados en la base de datos de la Interfaz Humano-Máquina del Sistema de Gas y Fuego. Las alarmas y los eventos son parte de los datos históricos que se extraen de los datos de monitoreo en tiempo real y se imprimen con fecha y hora, TAG del instrumento que detectó el evento y la zona en la cual se presentó el incidente.

Una impresora matricial o impresora de matriz de puntos es un tipo de impresora con una cabeza de impresión que se desplaza de izquierda a derecha sobre la página, imprimiendo por impacto, oprimiendo una cinta de tinta contra el papel, de forma similar al funcionamiento de una máquina de escribir. Al contrario que las máquinas de escribir, las letras son obtenidas por selección de puntos de una matriz, y por tanto es posible producir distintos tipos de letra, y gráficos en general. Puesto que la impresión requiere presión mecánica, estas impresoras pueden crear copias al carbón.

Cada punto es producido por un diminuto bastón metálico, también llamado alambre o pin, que es empujado por un pequeño electroimán, ya sea directamente o mediante un mecanismo de palancas. Enfrente de la cinta de tinta y del papel hay una pequeña guía agujerada para servir de guía a los bastones. La parte móvil de la impresora es conocida como la cabeza de impresión, que generalmente imprime una línea de texto en cada movimiento horizontal sobre el papel. La mayoría de impresoras de matriz de puntos tienen una sola línea vertical de bastones metálicos de impresión. Otras tienen varias columnas entrelazadas para incrementar la densidad de puntos y, por lo tanto, la resolución de la impresión.


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Las impresoras matriciales, como cualquier impresora de impacto, pueden imprimir en papel multicapa o hacer copias al carbón. Dichas impresoras tienen un bajo costo de impresión por página. Conforme se termina la tinta, la impresión pierde intensidad gradualmente en lugar de terminar repentinamente durante un trabajo. Pueden trabajar con papel continuo en lugar de requerir hojas individuales, lo que las hace útiles para impresión de registros de datos. Son buenas en general para situaciones en las que la resistencia y durabilidad sean más importantes que la calidad de impresión.

Impresora de reportes

Una impresora láser es utilizada para la impresión de los reportes generados por la Interfaz Humano-Máquina del Sistema de Gas y Fuego. Este tipo de impresora permite imprimir texto o gráficos, tanto en blanco y negro como a color. Para la impresión láser monocromática se hace uso de un único tóner. Si la impresión es en color es necesario contar con cuatro (uno por cada color base, CMYK).

El dispositivo central que utiliza este tipo de impresión es un material fotosensible que se descarga con luz, denominado cilindro o tambor fotorreceptor. Cuando es enviado un documento a la impresora, este tambor es cargado positivamente por una corriente eléctrica que corre a lo largo de un filamento y que es regulada mediante una rejilla; a este componente se le denomina corona de carga. Entonces, el cilindro gira a una velocidad igual a la de un pequeño rayo láser, controlado en dirección por un motor con espejos ubicados de manera poligonal en la parte interna de la unidad láser; este pequeño rayo se encarga de descargar (o cargar negativamente) diminutas partes del cilindro, con lo cual se forma la imagen electrostática no visible del documento a imprimir sobre el fotorreceptor.

Posteriormente el cilindro es bañado por un polvo fino de color negro, el cual posee carga positiva y por lo tanto es adherido a las partes que se encuentran con carga negativa en el cilindro. Las partes cargadas positivamente repelen este polvo llamado tóner con lo cual queda formada la imagen visible sobre el tambor.

En seguida, esta imagen formada en el tambor es transferida al papel por medio de una carga negativa mayor a la que posee el cilindro; esta carga es producida por otra corona denominada de transferencia.

A continuación, el tóner que se transfirió al papel es adherido a éste por medio de un par de rodillos, uno encargado de generar calor y el otro con el objetivo de presionar la hoja sobre el anterior; a esta unidad se le denomina de fijado y es el paso final de la impresión láser.

Para regresar al estado inicial, el tóner restante en el cilindro es limpiado por medio de una lámina plástica y al mismo tiempo se incide luz sobre el cilindro para dejarlo completamente descargado.


46

CAPÍTULO 3. DESARROLLO DE LA HMI


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CAPÍTULO 3. DESARROLLO DE LA HMI 47

Para estructurar una HMI, y en especial la de un Sistema de Gas y Fuego de cualquier instalación, se debe seguir una metodología que permita desarrollarla considerando todos los atributos necesarios para que ésta opere cumpliendo su objetivo primordial con la mayor eficiencia posible, el cual es prevenir o en su defecto mitigar y/o reducir las consecuencias provocadas por algún evento no deseado en el proceso. Por lo tanto, para la realización de la presente propuesta se debieron seguir los pasos ordenados que se enuncian en este capítulo utilizando las herramientas con las que cuenta el software SCADA Wonderware InTouch®.

3.1 Desplegados Gráficos

Para crear los desplegados gráficos primeramente se debe crear una nueva aplicación en Wonderware InTouch® con ayuda del “Application Manager” o gestor de aplicaciones, la cual contendrá las ventanas que a su vez contendrán las animaciones de la HMI.

Un vez creada la aplicación se utiliza la herramienta Windowmaker para crear las ventanas en donde se sitúan los objetos que representan a las variables del Sistema de Gas de y Fuego en las acciones de monitoreo y control secundario.

Para crear cada una de las ventanas necesarias para la aplicación en cuestión se configuran los parámetros de la ventana mostrada en la figura 3.1. En la cual se debe definir el nombre de la ventana, tipo de ventana, tipo de marco, si se desea habilitar la barra de título y el control del tamaño, así como las dimensiones y localización de la ventana en el área de trabajo de InTouch®. Como ejemplo se consideró la configuración de la ventana del menú.

Figura 3.1. Ventana de configuración del menú de la HMI.

Windowmaker se basa en gráficos por objetos, lo cual facilita la edición del dibujo y permite una gran sencillez y enorme funcionalidad en la animación para cada uno


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de los objetos. Se utilizó la barra de herramientas de dibujo, la barra de formato, la barra de visualización, la barra de organizar, así como la barra de vistas y zoom (figura 3.2) para crear los desplegados gráficos de la HMI del Sistema de Gas y Fuego y brindarles una vista agradable para el usuario así como estética.

Figura 3.2. Barras de herramientas empleadas para crear los desplegados gráficos.

Se crearon objetos como cuadros de texto, rectángulos, círculos, polígonos, líneas y poli líneas con la ayuda de las barras que se muestran en la figura 3.2. Posteriormente se construyeron símbolos con los objetos independientes para animarlos acorde con los estados de los instrumentos en cuanto a color, tipo y tamaño de letra pertenecientes al nivel 1 de una plataforma enlace basados en la norma de referencia NRF-226-PEMEX 2009 [14].

Los desplegados gráficos elaborados pertenecen al nivel 1de una plataforma enlace y se pueden observar en las siguientes figuras:

Figura 3.3. Desplegado general de una plataforma enlace.


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El desplegado de la figura 3.3 es la representación gráfica de una plataforma enlace, el cual cuenta con un subnivel y tres niveles. Este desplegado tiene un direccionamiento para mostrar el nivel 1 de la plataforma directamente de la imagen o bien utilizando el botón existente en el menú. De la misma manera se pueden crear direccionamientos para los niveles restantes.

Figura 3.4. Desplegado del nivel 1.

En el desplegado de la figura 3.4 se muestran los equipos que contiene el nivel 1 y desde el cual se pueden visualizar los estados de algunos elementos que no pertenecen a alguna zona de Gas y Fuego y por lo tanto no es posible visualizarlos en las zonas mencionadas. Lo anterior es logra dando clic en el instrumento de interés, con lo cual se despliega la ventana de información del instrumento seleccionado del lado derecho de la aplicación. En este nivel se pueden encontrar típicamente los siguientes equipos:

Trampas lanzadoras y receptoras de diablos, las cuales son recipientes a presión utilizados para introducir y remover, esferas y herramientas de inspección dentro de la tubería para lograr su limpieza.

Bombas de drenaje abierto para enviar los desechos generados durante el proceso de separación de la plataforma o bien de fugas provenientes de las bandejas instaladas en algunos instrumentos al tanque de drenaje abierto pasando por el filtro del tanque de drenaje abierto.

Tanque de diesel para suministrar combustible a las bombas contra incendio de combustión interna.


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Figura 3.5. Desplegado de la zona 9.

En el desplegado de la figura 3.5 se pueden observar los instrumentos que se encuentran instalados en la zona de Gas y Fuego número 9, los cuales se mencionan a continuación:

Detector de gas combustible, maneja un rango de operación de 0 a 100% LEL (Límite Inferior de Explosividad).

Detector de gas tóxico, maneja un rango de operación de 0 a 100 ppm (Partes Por Millón).

Detector de Fuego. Transmisor de nivel. Válvula de diluvio con sus respectivos instrumentos, los cuales son:

o Interruptor de posición cerrada. o Transmisor Indicador de presión. o Interruptor por alta presión. o Válvula de solenoide.

Los rangos antes mencionados son establecidos por PEMEX en la norma de referencia NRF-210-PEMEX-2008 y han sido utilizados para determinar los valores en los cuales cada indicación de alarma y pre alarma debe actuar. En la simulación de la HMI se en considerado los mismos valores.

En las zonas de Gas y Fuego 10, 11, 12 y 13 también se cuenta con los instrumentos ya mencionados distribuidos en ellas. Dichas zonas se muestran en las figuras 3.6, 3.7, 3.8 y 3.9.


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En el desplegado de la figura 3.6 se pueden observar los instrumentos que se encuentran instalados en la zona de Gas y Fuego número 10. Dichos instrumentos cuentan con direccionamiento para mostrar el estado del instrumento seleccionado.


En el desplegado de la figura 3.7 se pueden observar los instrumentos que se encuentran instalados en la zona de Gas y Fuego número 11. Dichos instrumentos cuentan con direccionamiento para mostrar el estado del instrumento seleccionado.


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En el desplegado de la figura 3.8 se pueden observar los instrumentos que se encuentran instalados en la zona de Gas y Fuego número 12. Dichos instrumentos también cuentan con direccionamiento para mostrar el estado del instrumento seleccionado.


En el desplegado de la figura 3.9 se pueden observar los instrumentos que se encuentran instalados en la zona de Gas y Fuego número 13. Dichos instrumentos también cuentan con direccionamiento para mostrar el estado del instrumento seleccionado.


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Un desplegado grafico muy importante para esta aplicación es el menú, en el cual se selecciona la zona que se desea monitorear. En esta ventana también se encuentra el área de alarmas, en la cual se mostrarán las alarmas recientes que se hayan generado durante la operación. Lo anterior se logra configurando algunos parámetros de los objetos que se muestran en la figura 3.10.

Figura 3.10. Menú de la HMI del Sistema de Gas y Fuego.

Las ventanas que muestran los estados de los instrumentos del Sistema de Gas y Fuego también son de gran importancia en la HMI, ya que son las encargadas de proporcionar alerta al operador por medio de alarmas tanto visibles como audibles que le informan cuando ocurre algún evento no deseado y también cuando el operador selecciona el objeto gráfico que representa al instrumento instalado en campo. En las figuras 3.11, 3.12 y 3.13 se muestran los desplegados de los estados de los instrumentos del nivel 1 de una plataforma enlace.

Figura 3.11. Desplegados del estado de las estaciones manuales de alarmas del nivel 1.

Las estaciones manuales de alarmas se encuentran ubicadas estratégicamente en la plataforma enlace con el objetivo de que el personal que labora en ella pueda alertar de la presencia de un evento no deseado de manera manual. Dicha acción debe ser monitoreada desde la HMI tanto para avisar al operador de la misma como para que se guarde el registro del evento en los datos históricos de la HMI.


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GSH-G-101

ESTADO NORMAL DE LA PLATAFORMA

LUZ APAGADA

FALLA DEL CIRCUITO

GSH-R-101

NORMAL

FUEGO EN LA PLATAFORMA

FALLA DEL CIRCUITO

GSH-Y-101

NORMAL

ALTA CONC. DE GAS COMB. EN LA PLATAFORMA

FALLA DEL CIRCUITO

GSH-B-101

NORMAL

ALTA CONC. DE GAS TOXICO EN LA PLATAFORMA

FALLA DEL CIRCUITO

GSH-V-101

NORMAL

HOMBRE AL AGUA EN LA PLATAFORMA

FALLA DEL CIRCUITO

GSH-W-101

NORMAL

ABANDONO DE LA PLATAFORMA

FALLA DEL CIRCUITO

GSH-G-102


LUZ APAGADA

FALLA DEL CIRCUITO

GSH-R-102

NORMAL


FALLA DEL CIRCUITO

GSH-Y-102

NORMAL


FALLA DEL CIRCUITO

GSH-B-102

NORMAL


FALLA DEL CIRCUITO

GSH-V-102

NORMAL


FALLA DEL CIRCUITO

GSH-W-102

NORMAL


FALLA DEL CIRCUITO

GSH-G-103


LUZ APAGADA

FALLA DEL CIRCUITO

GSH-R-103

NORMAL


FALLA DEL CIRCUITO

GSH-Y-103

NORMAL


FALLA DEL CIRCUITO

GSH-B-103

NORMAL


FALLA DEL CIRCUITO

GSH-V-103

NORMAL


FALLA DEL CIRCUITO

GSH-W-103

NORMAL


FALLA DEL CIRCUITO

Figura 3.12. Desplegados del estado de las alarmas visibles tipo semáforo del nivel 1.


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Figura 3.13. Desplegados del estado de los transmisores de nivel y de presión del nivel 1.

En la figura 3.14 se muestran las ventanas que contienen la información de los detectores de fuego de la zona 9 de Gas y Fuego. Estas ventanas reflejan el estado de los instrumentos que censan el estado de la instalación considerando un estado normal, lente sucio, detección UV, detección IR, alarma instantánea, alarma por fuego y falla del circuito.

Figura 3.14. Desplegado del estado de los detectores de fuego de la zona 9 de Gas y Fuego.

En la figura 3.15 se muestran las ventanas que contienen la información de los detectores de gas tóxico y de gas combustible de la zona 9 de Gas y Fuego. Para


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estos casos se monitorea una muy alta concentración de gas, alta concentración de gas, baja concentración de gas, estado normal, falla del circuito y detector en calibración.

Figura 3.15. Desplegados del estado de los detectores de gas tóxico y combustible de la zona 9 de Gas y Fuego.

Finalmente en la figura 3.16 se muestra el desplegado de los estados de la válvula de solenoide en válvula de diluvio que se encuentra en la zona 9 de Gas y Fuego con sus respectivos instrumentos y sus estados. Los estados de interés en este caso son: normal, activado, falla del circuito, baja presión neumática, muy baja presión neumática, presión neumática normal y falla en transmisor.

Figura 3.16. Desplegados del estado la válvula solenoide en válvula de diluvio de la zona 9 de Gas y Fuego.

En las figuras 3.17 y 3.18 se presentan los desplegados gráficos con la información correspondiente a los instrumentos ubicados en la zona 10 del Sistema de Gas y Fuego. Estos son detectores de fuego, detectores de gas tóxico, detectores de gas combustible y una válvula de solenoide en válvula de diluvio con sus respectivos instrumentos.


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Figura 3.17. Desplegados del estado de los detectores de fuego y gas tóxico de la zona 10 de Gas y Fuego.

Figura 3.18. Desplegados del estado de los detectores de gas combustible y válvula de solenoide en válvula de

diluvio de la zona 10 de Gas y Fuego.

En la figura 3.19 se muestran las ventanas que contienen la información de los instrumentos de la zona 11 de Gas y Fuego. Los cuales son detectores de fuego y una válvula de solenoide en válvula de diluvio.


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Figura 3.19. Desplegados del estado de los instrumentos de la zona 11 de Gas y Fuego.




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3.2 Declaración de Tagnames

Las acciones dinámicas que efectúan los desplegados gráficos se establecieron de dos formas. La primera es configurando los parámetros de interés desde el cuadro de animaciones de InTouch® y la segunda estableciendo scripts para estructurar la lógica deseada. Ambas soluciones se plantearon con el mismo objetivo: proveer a los desplegados gráficos de animaciones que correspondan a los cambios de las variables monitoreadas del Sistema de Gas y Fuego. De modo que se hace necesaria la primera clase de Tagnames existentes en la HMI. Los cuales representan a los instrumentos del Sistema de Gas y Fuego en la HMI.

Cada animación se asocia a una variable física por medio de un Tagname. Para ello se direccionaron los objetos representativos de entradas físicas al Tagname de la variable que representan en lugar de vincularlos con los registros de la UPR de Gas y Fuego. La comunicación con los registros de la UPR no se llevó a cabo dado que el alcance de la tesis es a nivel simulación, sin embargo, los Tagnames son necesarios para generar las animaciones con las que debe contar la HMI. Todos los objetos representativos de entradas físicas creados para realizar la simulación se presentan en el anexo A de este documento.

La segunda clase de Tagnames existentes en la HMI son variables virtuales existentes solo en la memoria interna de la HMI que se utilizaron como apoyo en la


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programación con scripts. Dichos Tagnames son análogos a una variable booleana y en ellos se almacena un resultado “cierto” o “falso” de alguna comparación establecida en los scripts. El detalle de todos los scripts de programación utilizados para establecer la lógica de la HMI se presentan en el anexo B.

Para crear un Tagname se selecciona el objeto al cual se le desea asignar un Tagname, a continuación se abre el “TagnameDictionary” (a este diccionario se accede desde el menú Special/TagnameDictionary). Desde el diccionario de Tagnames se definen todos los parámetros inherentes al Tagname. Como lo son: nombre, tipo, grupo al que pertenece, solo lectura o lectura y escritura, valor inicial, valor máximo, valor mínimo y otros parámetros configurables como se muestra en la figura 3.24.

Figura 3.24. Declaración de Tagnames.

La tercera y última clase de Tagnames existentes en la HMI son los Tagnames especiales internos pertenecientes a la memoria del sistema y que existen en toda aplicación creada en InTouch®. Tales como los relacionados con el control de tiempo: día, fecha, hora, mes, año, entre otros. Y los relacionados con los datos históricos, alarmas y niveles de seguridad: nivel de acceso, cambio de password, configuración de usuario, histórico de inicio de sesión, alarma nueva, entre otros. Mediante la opción “SelectTag” se accede a la lista completa de Tagnames, tanto los necesarios para realizar la programación como los especiales internos. Tal como se muestra en la figura 3.25.

Los Tagnames utilizados en este proyecto son todos de tipo memoria interna, dado que la simulación de la HMI no requiere de comunicación con dispositivos físicos externos, de lo contrario el tipo de Tagname seria externo. Por lo tanto solo se


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deben considerar los tipos de datos con el objetivo de no utilizar más memoria de la necesaria para cada uno y así mantener al mínimo los recursos utilizados por la memoria de la HMI. Por ejemplo, para el caso de las estaciones manuales de alarmas solo se puede encontrar activada o desactivada cada palanca, por lo tanto se usa una variable de tipo discreta. Para el caso de los detectores de gas el tipo de variable será real, ya que corresponden a la variación analógica de una variable.

Figura 3.25. Lista de Tagnames.

Cabe mencionar que es posible cambiar las propiedades de los Tagnames directamente desde el directorio de Tagnames siguiendo la siguiente ruta desde el “WindowMaker”: Special/TagnameDictionary. Después se escribe el nombre del Tagname a modificar o bien se selecciona con la opción “SelectTag”.

3.3 Animaciones

Para establecer la funcionalidad de los desplegados gráficos se les deben proporcionar las animaciones adecuadas para que su función sea la esperada en la HMI. A continuación se mencionaran algunas de ellas y en el anexo C se muestran los detalles de la configuración del resto de las animaciones.

Una de éstas animaciones es la de permitir que se despliegue una ventana al dar clic en un objeto del desplegado gráfico, muy utilizada para lograr la funcionalidad del menú y para desplegar las ventanas de información de los instrumentos. El procedimiento se puede apreciar de una mejor manera con ayuda de las figuras 3.26 y 3.27.


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Figura 3.26. Cuadro de animaciones.

Dando doble clic sobre el objeto que se desea animar se presenta la ventana de la figura 3.26. En la cual se configuran las propiedades que se desea proporcionarle. En este caso se desea que al pulsarlo se visualice una ventana. Por lo tanto se selecciona la opción “Show Window” con lo que se despliega la ventana de la figura 3.27. Desde la cual se selecciona la ventana que se desea mostrar al pulsar el objeto animado.

Figura 3.27. Selección de ventanas para desplegar al pulsar un botón.

Para activar las alarmas visibles en la HMI se deben realizar las animaciones de cambio del color de relleno de los objetos y en el caso del color amarillo, también se cambió el color del texto para crear una animación más vistosa. En la figura 3.28 se observan las selecciones del cuadro de animaciones necesarias para realizar lo anteriormente mencionado.


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Figura 3.28. Cambio del color de relleno y del texto de un objeto.

Las opciones seleccionadas en la ventana “animation links” de la figura 3.28 se configuran ya sea directamente con un Tagname, por medio de una expresión de comparación o bien con Tagnames auxiliares que se comportan siguiendo la lógica previamente programada en un script de programación.

Otro tipo de animaciones son las proporcionadas a los objetos wizards, los cuales son objetos propios del programa Wonderware InTouch®. Se puede ver en la figura 3.29 la animación de un slider vertical el cual se usó para la simulación de los detectores de gas.

Figura 3.29. Configuración de parámetros para los objetos wizard.


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3.4 Scripts para la programación

La lógica script de InTouch® permite llevar a cabo acciones determinadas mediante una estructura similar al lenguaje de programación en C. como lo son las instrucciones IF, ELSE, ELSE IF e instrucciones análogas como OR, AND y THEN. La lógica script estará activa de acuerdo al tipo de programación requerida, en este caso se utilizó el script “Window Script” con la opción “While: Showing” para que se ejecute mientras la ventana involucrada se encuentra activa y de esta manera utilizar menos recursos de la memoria de la HMI al ejecutar solo la lógica script necesaria en algún instante determinado.

Para las animaciones que no pueden ser programadas directamente desde la ventana “animation links” se debe realizar un script estableciendo la lógica que se debe cumplir para que algún objeto de la HMI ejecute la animación deseada. Ejemplo de ello es el de la figura 3.30. En la cual se muestran las condiciones asociadas a los Tagnames tanto representativos de entradas físicas como los auxiliares que en conjunto estructuran la lógica de programación de alarmas visibles tipo semáforo del primer nivel de una plataforma enlace.

Figura 3.30. Script de alarmas visibles tipo semáforo del primer nivel.

El código anterior se ejecuta cada vez que se despliega la ventana de alarmas visibles del nivel 1. Lo cual también se controla con animaciones de la HMI cuando se presentan los siguientes casos:


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1. Detección de algún evento no deseado por medio de los transmisores de la plataforma.

2. Aviso de algún evento no deseado por parte del personal de la instalación, por medio de los botones de alerta de las alarmas visibles tipo semáforo.

3. Solicitud de información del estado de la instalación por parte del operario de la HMI.

Análogo al procedimiento anterior, se realiza la lógica con scripts para todos los desplegados gráficos de esta aplicación considerando las condiciones de alarma y de monitoreo para cada zona de Gas y Fuego del nivel 1 de la plataforma.

La lógica de las alarmas de la HMI se programó en base a los rangos que se establecen la norma de referencia NRF-210-PEMEX-2008. De la misma manera se estableció la lógica para los detectores de gas combustible, gas tóxico, detectores de fuego y estaciones manuales de alarma. La lógica para las alarmas visibles tipo semáforo se rige bajo las siguientes condiciones:

1. El estado normal de la plataforma se debe indicar cuando la lámpara verde se encuentre encendida.

2. Cuando la lámpara verde se encuentre apagada se debe indicar en la alarma de luz apagada.

3. Las fallas del circuito para la lámpara verde son dos: la primera es que la lámpara verde se encuentre encendida cuando se ha detectado alguna condición insegura. La segunda es que todas las lámparas se encuentren apagadas al mismo tiempo.

4. El estado normal de la lámpara roja se encuentra activo cuando no se detecta fuego ya sea por un instrumento o bien por el personal de la plataforma por medio del botón de activación por fuego.

5. La alarma por fuego en la plataforma se debe comportar de manera inversa a lo establecido en el punto número 4.

6. La falla del circuito en la lámpara roja se presenta cuando se ha detectado fuego ya sea por los detectores de fuego o por el interruptor manual y no se encienda la lámpara roja.

7. El estado normal de la lámpara amarilla se encuentra activo cuando no se detecta alta concentración de gas combustible por ni un detector.

8. La alarma por alta concentración de gas combustible se debe comportar de manera inversa a lo establecido en el punto número 7.

9. La falla del circuito en la lámpara amarilla se presenta cuando se ha detectado alta concentración de gas combustible por medio de los detectores y no se encienda la lámpara amarilla.

10. El estado normal de la lámpara azul se encuentra activo cuando no se detecta alta concentración de gas tóxico por ni un instrumento.

11. La alarma por alta concentración de gas tóxico en la plataforma se debe comportar de manera inversa a lo establecido en el punto número 10.


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12. La falla del circuito en la lámpara azul se presenta cuando se ha detectado alta concentración de gas toxico por los detectores y no se encienda la lámpara azul.

13. El estado normal de la lámpara violeta se debe indicar cuando el personal de la plataforma no presione el botón de activación por hombre al agua.

14. La alarma por hombre al agua se debe comportar de manera inversa a lo establecido en el punto número 13.

15. La falla del circuito en la lámpara violeta se presenta cuando el botón de activación por hombre al agua ha sido pulsado y no se encienda la lámpara violeta.

16. El estado normal de la lámpara blanca se debe indicar cuando el personal de la plataforma no presione el botón de abandono de la plataforma.

17. La alarma por abandono de la plataforma se debe comportar de manera inversa a lo establecido en el punto número 16.

18. La falla del circuito en la lámpara blanca se presenta cuando el botón de activación por abandono de la plataforma ha sido pulsado y no se encienda la lámpara blanca.

Para el caso de los interruptores de las estaciones manuales de alarma se han considerado las condiciones que se enlistan a continuación:

1. La indicación de activación por fuego se activa cuando se ha pulsado el interruptor de activación por fuego configurado en la HMI para simular la acción real por parte de un miembro del personal de la plataforma.

2. La falla del circuito para el interruptor de activación por fuego se presenta cuando se cumple lo establecido en el punto número 1 y no se ha encendido la alarma visible correspondiente.

3. La indicación de activación por abandono de la plataforma se activa cuando se ha pulsado el interruptor de activación por abandono de la plataforma.

4. La falla del circuito para el interruptor de activación por abandono de la plataforma se presenta cuando se cumple lo establecido en el punto número 3 y no se ha encendido la alarma visible correspondiente.

5. La indicación de activación por hombre al agua se activa cuando se ha pulsado el interruptor de activación por hombre al agua.

6. La falla del circuito para el interruptor de activación por hombre al agua se presenta cuando se cumple lo establecido en el punto número 5 y no se ha encendido la alarma visible correspondiente.

De la misma manera se han establecido condiciones para el funcionamiento de las indicaciones de los transmisores de presión tanto de las bombas contra incendio como del tanque de diésel que alimenta a dichas bombas. Las cuales se muestran a continuación:


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1. La indicación de baja presión neumática para el transmisor del tanque de diesel se presenta cuando la presión del tanque se encuentra por debajo de 50 [PSI] y arriba de 45 [PSI].

2. La indicación de muy baja presión neumática para el transmisor del tanque de diesel se presenta cuando la presión del tanque se encuentra debajo de 45 [PSI].

3. La indicación de presión neumática normal para el transmisor del tanque de diesel se presenta para presiones superiores a 50 [PSI] e inferiores a 213 [PSI].

4. La falla en el transmisor del tanque de diesel se presenta cuando la señal sale del rango de 0 a 213 [PSI].

5. La indicación de presión de operación máxima para los transmisores de las bombas contra incendio se activa cuando la variable se encuentra entre 211 y 215 [PSI].

6. La indicación de presión de bomba en operación para los transmisores de las bombas contra incendio se activa cuando la variable se encuentra entre 154 y 158 [PSI].

7. La indicación de presión de operación red CI para los transmisores de las bombas contra incendio se activa cuando la variable se encuentra entre 98 y 102 [PSI].

8. La indicación de falla para los transmisores de las bombas contra incendio se activa cuando la variable medida sale del rango de 0 a 300 [PSI].

Otro equipo monitoreado en la HMI debe ser el tanque de diésel. El nivel en el cual se encuentra es monitoreado por un transmisor de nivel encargado de enviar dicha señal, entre otros sistemas, al Sistema de Gas y Fuego considerando las siguientes indicaciones para activar sus indicadores visibles en la HMI.

1. La indicación de muy alto nivel se activa cuando se presenta un nivel entre 1750 y 1760 [mm].

2. La indicación de alto nivel se activa cuando se presenta un nivel entre 1700 y 1750 [mm].

3. La indicación de bajo nivel se activa cuando se presenta un nivel entre 800 y 1000 [mm].

4. La indicación de muy bajo nivel se activa cuando se presenta un nivel entre 0 y 800 [mm].

5. La indicación de estado normal se activa cuando se presenta un nivel entre 1000 y 1700 [mm].

6. La indicación de instrumento en calibración se presenta cuando se presiona un botón de simulación.

Los detectores de fuego cuentan con siete indicaciones visuales en la HMI, las cuales corresponden a los estados planteados en la norma de referencia NRF-210-PEMEX-2008 en su apartado 8.2.1.1.1 y se deben activar independientemente al cumplirse las siguientes condiciones:


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1. La indicación de estado normal se activa cuando la señal analógica de 4 a 20 [mA] se encuentra en el rango de 7 a 11 [mA].

2. La indicación de lente sucio se activa cuando la señal analógica de 4 a 20 [mA] se encuentra en el rango de 4 a 7 [mA].

3. La detección UV se activa cuando la señal analógica de 4 a 20 [mA] se encuentra en el rango de 11 a 13 [mA].

4. La detección IR se activa cuando la señal analógica de 4 a 20 [mA] se encuentra en el rango de 13 a 16 [mA].

5. La alarma instantánea se activa cuando la señal analógica de 4 a 20 [mA] se encuentra en el rango de 16 a 18 [mA].

6. La alarma por fuego se activa cuando la señal analógica de 4 a 20 [mA] se encuentra en el rango de 18 a 20 [mA].

7. La indicación de falla del circuito se activa cuando la señal analógica de 4 a 20 [mA] sale del rango.

Para los detectores de gas tóxico se han establecido las siguientes condiciones:

1. La alarma de muy alta concentración de gas toxico se debe activar cuando se presente una medición de entre 50 y 100 [PPM].

2. La alarma de alta concentración de gas toxico se debe activar cuando se presente una medición de entre 20 y 50 [PPM].

3. La alarma de baja concentración de gas toxico se debe activar cuando se presente una medición de entre 0 y 10 [PPM].

4. La indicación de estado normal se activa cuando la concentración de gas toxico se encuentra entre 10 y 20 [PPM].

5. La indicación de falla del circuito se presenta cuando la medición de la variable sale del rango de 0 a 100 [PPM].

6. La indicación de detector en calibración se presenta cuando se presiona un botón de simulación.

Otros instrumentos que se encuentran instalados en el nivel 1 son los detectores de gas combustible, para los cuales se ha establecido la siguiente lógica condicional:

1. La alarma de muy alta concentración de gas combustible se debe activar

cuando se presente una medición de entre 60 y 100 % LEL.

2. La alarma de alta concentración de gas combustible se debe activar cuando se presente una medición de entre 40 y 60 % LEL.

3. La alarma de baja concentración de gas combustible se debe activar cuando se presente una medición de entre 0 y 20 % LEL.

4. La indicación de estado normal se activa cuando la concentración de gas combustible se encuentra entre 20 y 40 % LEL.

5. La indicación de falla del circuito se presenta cuando la medición de la variable sale del rango de 0 a 100 % LEL.

6. La indicación de detector en calibración se presenta cuando se presiona un botón de simulación.


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Finalmente se consideran las condiciones para el arreglo de instrumentos necesarios para el monitoreo y control de las válvulas solenoides en las válvulas de diluvio del Sistemas de Gas y Fuego.

1. La indicación de normal de la válvula de solenoide se debe activar cuando no se detecta fuego por algún detector, no se activa el interruptor por alta presión en la tubería de Gas y Fuego y tampoco se manda una alerta de fuego por parte del personal de la plataforma por medio del interruptor de activación por fuego más cercano a la zona donde se haya presentado la detección.

2. La indicación de activado de la válvula de solenoide se debe presentar cuando se cumplan las condiciones opuestas al punto número 1.

3. La falla del circuito para el caso de la válvula se presenta cuando se ha cumplido por lo menos una de las condiciones del punto número 2 y no se ha activado la válvula de solenoide.

4. La indicación de normal para el interruptor por alta presión debe estar activa cuando no se presente una presión por encima de 40 [PSI].

5. La indicación de activado para el interruptor por alta presión se presenta cuando la presión de la tubería de Gas y Fuego excede de 40 [PSI].

6. La indicación de falla del circuito se activa cuando se detecta alta presión y el interruptor no ha cambiado su estado.

7. El estado normal del interruptor de posición cerrada se activa cuando el interruptor está cerrado y la válvula de solenoide también se encuentra cerrada.

8. El estado activo para el interruptor se presenta cuando la posición del interruptor sea abierta.

9. La falla del circuito para el caso del interruptor se presenta cuando la válvula de solenoide se encuentra abierta y el interruptor de posición se encuentra cerrado.

10. En su estado normal del botón de reconocer se activa cuando la contraseña ingresada por el operador es la correcta de lo contrario no se activa.

11. El estado activado del botón de reconocer está en función cuando el password ingresado por el operador es el correcto y el botón de simulacro está activo. Este botón activa las válvulas solenoides en válvulas de diluvio.

12. Ocurre falla del circuito cuando el estado de activado está en función y las válvulas solenoides en válvulas de diluvio se encuentran cerradas.

13. La indicación de baja presión neumática para los transmisores de presión se presenta cuando la presión de la tubería del Sistema de Gas y Fuego se encuentra por debajo de 20 [PSI] y arriba de 7 [PSI].

14. La indicación de muy baja presión neumática para los transmisores se presenta cuando la presión de la tubería del Sistema de Gas y Fuego se encuentra debajo de 7 [PSI] y arriba de 0 [PSI].

15. La indicación de presión neumática normal para los transmisores se presenta para presiones superiores a 20 [PSI] e inferiores a 40 [PSI].


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16. La falla en los transmisores de presión se presenta cuando la señal sale del rango de 0 a 100 [PSI].

Con todas las condiciones anteriormente mencionadas se han desarrollado los scripts de programación para integrar lógica de la simulación de la HMI, los cuales se pueden apreciar a detalle en el anexo B de este documento.

3.5 Seguridad

Al momento de inicializar cualquier estación de operación y una vez que este cargado el sistema operativo se visualiza una ventana de llamado rápido “pop-up” para el inicio de la sesión “log-in”, la cual solicita al personal, clave de acceso para permitirle el uso del equipo. Realizado esto, la aplicación de la Interfaz Humano-Máquina de los desplegados gráficos debe entrar en forma directa y automática [14].

La simulacion de la HMI del Sistema de Gas y Fuego cuenta con dos niveles de seguridad. De acuerdo con la norma de referencia NRF-226-PEMEX-2009 apartado 8.1.8.3 los niveles de seguridad que se establezcan deben cumplir con lo establecido en la seccion 8.3.10.7 de la NRF-105-PEMEX-2005 y se deben proporcionar mediante una clave de acceso “password” con la cual todos los operadores de la HMI deben contar de forma induvidual. En donde cada usuario será autenticado por sus credenciales establecidas en el directorio activo del SDMC [14].

El primer nivel de seguridad se usó para poder ingresar a la aplicación de la Interfaz Humano-Máquina del nivel uno de la plataforma, una vez que el password es el correcto el usuario accesa en forma directa y automática al desplegado general de la plataforma tal como lo establece la norma (figura 3.31).

Figura 3.31. Primer nivel de seguridad en la HMI.


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El segundo nivel de seguridad con el que cuenta la HMI es para activar las válvulas de solenoide en válvula de diluvio, como se observa en la figura 3.32. Una vez que la contraseña es correcta se muestra un mensaje de contraseña correcta y se permite al operario en turno que active las válvulas por medio del botón de simulación programado con este fin en la HMI.

Figura 3.32. Password para activar las valvulas de solenoide en valvulas de diluvio.

3.6 Cotización del proyecto

La cotización de este trabajo parte del costo de programación de ingeniera de la simulación de la HMI de un Sistema de Gas y Fuego del primer nivel de una plataforma, basándose en el tabulador de sueldo base de la ciudad de México por el Sindicato de Trabajadores del Seguro Social, como se muestra en la tabla 3.1.

Tabla 3.1. Sueldos base establecidos por el sindicato de trabajadores del Seguro Social.

CATEGORÍA Jor- nada

Sueldo Hora-mes

Sueldo Mes-pesos

ESC

Enfermería

Auxiliar de enfermería general 8.0 474.74 3,797.86 Aut.

Auxiliar de enfermería en salud publica 8.0 474.74 3,797.86 Aut.

Enfermera general 8.0 573.62 4,588.96 1

Enfermera especialista 8.0 654.00 5,232.04 2

Enfermera jefe de piso 8.0 795.96 6,367.70 3

Estomatólogos

Estomatólogo 8.0 926.68 7,413.42 Aut.

Farmacéuticos

Auxiliar de farmacia 6.5 499.28 3,245.58 1

Auxiliar de farmacia 8.0 499.28 3,994.26 1

Ayudante de farmacia 8.0 558.02 4,464.10 2

Oficial de farmacia 8.0 647.30 5,178.32 3

Coordinador de farmacia 8.0 761.62 6,093.00 4


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CATEGORÍA Jor- nada

Sueldo Hora-mes

Sueldo Mes-pesos

ESC

Fonoaudiólogos

Fonoaudiólogo 6.0 612.02 3,672.18 Aut.

Fonoaudiólogo 8.0 612.02 4,896.20 Aut.

Guarderías

Oficial de puericultura 6.5 446.42 2,901.68 1

Oficial de puericultura 8.0 446.42 3,571.30 1

Técnico de puericultura 8.0 484.20 3,873.58 2

Heliografistas

Heliografista 8.0 518.66 4,149.32 Aut.

Histotecnólogos

Histotecnólogo 6.0 612.02 3,672.18 Aut.

Histotecnólogo 8.0 612.02 4,896.20 Aut.

Ingenieros

Pasante de ingeniero 6.5 487.62 3,169.50 Aut.

Ingeniero 6.5 872.78 5,673.20 Aut.

Ingeniero 8.0 872.78 6,982.26 Aut.

Inhaloterapeutas

Inhaloterapeuta 6.0 612.02 3,672.18 Aut.

Inhaloterapeuta 6.5 612.02 3,978.16 Aut.

El costo total por horas programadas de ingeniería es de $26,138.40 como se observa en la tabla 3.2.

Tabla 3.2. Costo de las horas de programación de la HMI.

Costo por hora $872.78

Horas programadas 30

Costo total $26,138.40

Debido a que el alcance de este proyecto es solo simulación, no se considera el costo de materiales para la instalación de la HMI, así mismo tampoco se considera el costo del software SCADA Wonderware InTouch® ya que el Instituto Politécnico Nacional cuenta con una licencia de uso de este software.


74

CAPÍTULO 4. SIMULACIONES Y RESULTADOS


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CAPÍTILO 4. SIMULACIONES Y RESULTADOS 75

En este capítulo se presentan las simulaciones de los cambios de estado de las variables monitoreadas en la HMI para analizar la respuesta de la misma en cuanto a las acciones dinamicas que han sido programadas en ella. Con el objetivo de presentar las acciones de monitoreo de una forma clara se han dividido dichas simulaciones por instrumentos de campo del Sistema de Gas y Fuego explicando a detalle cual es la situacion que se está simulando y la respuesta obtenida en la HMI.

4.1 Cambios de Estado en Estaciones Manuales y Alarmas Visibles

En el primer nivel de la plataforma se encuentran las alarmas visibles tipo semáforo y las estaciones manuales de alarmas, las cuales están ubicadas estratégicamente en las rutas de evacuación para que sean activadas por el personal. En la figura 4.1 se muestran los objetos que representan a las alarmas visibles tipo semáforo y a las estaciones manuales de alarmas en su estado activo, esta acción se representa por medio de un objeto gráfico animado para que cambie su color cuando se activen. Originalmente estas son entradas físicas para la HMI y en esta simulación se pulsan los objetos directamente de en el desplegado gráfico del nivel 1 de la plataforma.

Figura 4.1. Estado activo de interruptores manuales y alarmas visibles tipo semáforo en el primer nivel.

Ahora se ha simulado que todas las alarmas visibles se encuentran apagadas y que no han sido activados los interruptores de las estaciones manuales de alarmas. Manteniendo encendida solo la lámpara verde de las alarmas visibles. El comportamiento de los objetos de la ventana que monitorea este bloque de alarmas ante esta situación se muestra en la figura 4.2. En la cual todos los estados permanecen en la indicación de estado normal.


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Figura 4.2. Alarmas visibles tipo semáforo en su estado normal.

Pulsando el botón virtual de activación por fuego se simula que un miembro del personal ha activado el interruptor de alarma por fuego en la plataforma, con lo cual los estados de las alarmas visibles han cambiado a los mostrados en la figura 4.3.

Figura 4.3. Estado de las alarmas visibles ante activación manual por fuego en la plataforma.

Como se observa en los estados de la figura 4.3 se ha presentado la alarma de fuego en la plataforma pero también se han activado las fallas del circuito tanto para la lámpara verde como para la roja. Lo anterior se debe a que las indicaciones luminosas físicas deben cambiar al accionar el interruptor de activación por fuego y


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estos cambios no se simularon. Pulsando los objetos que representan a estas lámparas se simula que la lámpara verde se ha apagado y la lámpara roja se ha encendido, con lo cual se obtienen los estados presentados en la figura 4.4.

Figura 4.4. Estado activo de la alarma visible por fuego en la plataforma.

De manera similar todas las alarmas visibles tipo semáforo cambian su estado cuando se detecta alta concentración de gas combustible en la plataforma, alta concentración de gas toxico en la plataforma, fuego en la plataforma, hombre al agua o abandono de la plataforma como se muestra en la figura 4.5.

Figura 4.5. Alarmas visibles tipo semáforo en su estado activo.


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Los colores utilizados en la representación de las lámparas visibles tipo semáforo así como en cada una de las alarmas que existen en esta HMI se basaron en los colores requeridos por la norma de referencia NRF-210-PEMEX-2009.

En la figura 4.6 se muestra el estado activo de los interruptores manuales de activación por fuego, activación por abandono de la plataforma y activación por hombre al agua en su estado activo utilizados para simular dichas situaciones. Se presenta falla del circuito para cada una de ellas cuando el interruptor ha sido activado y las alarmas visibles correspondientes no se encienden. Tal como se observa en la figura 4.7.

Figura 4.6. Alarmas de interruptores manuales en su estado activo.

Figura 4.7. Estados de falla del circuito para las estaciones manuales de alarmas.

4.2 Cambios de Estado en los Transmisores de Nivel y Presión

Los transmisores de nivel y de presión existentes en el nivel 1 de la plataforma son utilizados para medir la presión de la red contra incendio y el nivel y la presión en el tanque de diesel para las bombas contra incendio.

En la figura 4.8 se muestran los estados de los transmisores de presión y el transmisor de nivel ante una presión de la red contra incendio de 100 [PSI], una presión de 75 [PSI] y un nivel de 1128 [mm] en el tanque de diesel.

En el lado izquierdo de la figura 4.8 se observan los objetos representativos de entradas físicas con la variación analógica de nivel y presión. Los valores presentados corresponden a las indicaciones visuales presentadas en el lado derecho de la misma imagen. Como se puede observar el comportamiento de las acciones de monitoreo corresponde a lo planteado en la programación con scripts de la HMI.


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Figura 4.8. Alarmas de transmisores de nivel y de presión en su estado normal.

La variación en los transmisores de presión, así como en el transmisor de nivel se logró por medio de la variación de los sliders, los cuales fueron configurados para simular la acción de los transmisores. En la figura 4.9 se muestra la pre-alarma de baja presión neumática para una presión del tanque de 47 [PSI] y la indicación de bomba en operación para una presión de 156 [PSI] en la red contra incendio para cada bomba contra incendio. La variación analógica se visualiza en la HMI por medio de una animación de cambio del color de relleno de manera analógica.

Figura 4.9. Estados por baja presión neumática y presión de las bombas en operación.

En la figura 4.10 se muestra la alarma por muy baja presión neumática para una presión del tanque de 40 [PSI] y la alarma de presión de operación máxima para una presión de 213 [PSI] en la red contra incendio para cada bomba contra incendio.


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Figura 4.10. Estados por muy baja presión neumática y presión de operación máxima de la red CI.

Para simular la falla en los transmisores de presión se han configurado los sliders para presentar una variación fuera del rango monitoreado en la HMI. En la figura 4.11 se presentan los estados de los transmisores de presión ante un sobre rango de 215 [PSI] para el caso del tanque y de 305 [PSI] para ambas bombas contra incendio.

Figura 4.11. Estados por falla en transmisor para los transmisores de presión.

En la figura 4.12 se ha simulado un nivel en el tanque de diesel de 1754 [mm] con el slider correspondiente. Con lo cual se presenta la alarma por muy alto nivel en la ventana de monitoreo del transmisor de nivel.

Figura 4.12. Alarma por muy alto nivel en el tanque de diesel.


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En la figura 4.13 se ha simulado un nivel en el tanque de diesel de 1720 [mm] con el slider correspondiente. Con lo cual se presenta la pre-alarma por alto nivel en la ventana de monitoreo del transmisor de nivel.

Figura 4.13. Pre-alarma por alto nivel en el tanque de diesel.

En la figura 4.14 se ha simulado un nivel en el tanque de diesel de 900 [mm] con el slider correspondiente. Con lo cual se presenta la pre-alarma por bajo nivel en la ventana de monitoreo del transmisor de nivel.

Figura 4.14. Pre-alarma por bajo nivel en el tanque de diesel.

En la figura 4.15 se ha simulado un nivel en el tanque de diesel de 750 [mm] con el slider correspondiente. Con lo cual se presenta la alarma por muy bajo nivel en la ventana de monitoreo del transmisor de nivel.

Figura 4.15. Alarma por muy bajo nivel en el tanque de diesel.

Para simular que el transmisor de nivel ha sido retirado de su sitio por parte del personal de la plataforma para su calibración o mantenimiento completo se ha provisto a la HMI de un botón virtual para presentar el estado de la figura 4.16.


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Figura 4.16. Transmisor de nivel en calibración.

4.3 Cambios de Estado en los Detectores de Fuego

Los detectores de fuego envían una variación analógica específica para cada uno de los siete estados monitoreados en la HMI. En la figura 4.17 se muestra el estado normal de un detector de fuego ante la simulación de una señal de 8 [mA] por medio del slider correspondiente.

Figura 4.17. Detector de fuego en estado normal.

Las alarmas por fuego además de ser activadas manualmente también se activan por los detectores instalados en la plataforma una vez que se detecta fuego confirmado en la plataforma. Dicho estado se presenta en la figura 4.18 con el estado activo de la alarma por fuego ante la simulación de una señal de 18 [mA].

Figura 4.18. Detector de fuego en estado alarma por fuego.


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En la figura 4.19 se muestra la respuesta de la HMI ante la simulación de un valor de 6 [mA] en un detector de fuego por medio de un slider. Con lo cual se presenta la indicación de lente sucio en la ventana de monitoreo del detector de fuego correspondiente.

Figura 4.19. Indicación de lente sucio en un detector de fuego.

En la figura 4.19 se muestra la respuesta de la HMI ante la simulación de un valor de 12 [mA] en un detector de fuego por medio de un slider. Con lo cual se presenta la indicación de detección UV en la ventana de monitoreo del detector de fuego correspondiente. Dicha detección se activa por la radiación UV producida por posible fuego en el ambiente, una soldadora de arco, destello de luz solar, entre otros casos posibles.

Figura 4.20. Indicación de detección UV en un detector de fuego.

En la figura 4.21 se muestra la respuesta de la HMI ante la simulación de un valor de 14 [mA] en un detector de fuego por medio de un slider. Con lo cual se presenta la indicación de detección IR en la ventana de monitoreo del detector de fuego correspondiente. Esta detección se activa por la radiación IR producida por algún objeto caliente dentro del campo de captación del elemento sensor.

Figura 4.21. Indicación de detección IR en un detector de fuego.


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En la figura 4.22 se muestra la respuesta de la HMI ante la simulación de un valor de 6 [mA] en un detector de fuego por medio de un slider. Con lo cual se presenta la indicación de alarma instantánea en la ventana de monitoreo del detector de fuego correspondiente. Dicha alarma se activa en cuanto se presenta tanto una detección UV como una detección IR al mismo tiempo.

Figura 4.22. Alarma instantánea en un detector de fuego.

En la figura 4.23 se presenta el estado de falla del circuito para un detector de fuego ante la simulación de un sobre rango de 22 [mA]. Dicho estado también se presenta para valores menores a 4 [mA].

Figura 4.23. Indicación de falla del circuito para un detector de fuego.

4.4 Cambios de Estado en los Detectores de Gas Tóxico

El detector de gas tóxico cuenta con seis estados que deben ser monitoreados en la Interfaz Humano-Máquina del Sistema de Gas y fuego. Como lo son dos pre-alarmas, una alarma, el estado normal y las indicaciones de instrumento en calibración y falla del circuito.

Los detectores de gas toxico manejan un rango de 0 a 100 [PPM]. Esta variación también se ha configurado para ser simulada con un slider. En la figura 4.24 se muestra la ventana de estados de un detector de gas tóxico en su estado normal ante un valor de 14 [PPM]. También se muestra la variación analógica en partes por millón de la variable medida por medio de la animación de cambio del color de relleno de un objeto.


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Figura 4.24. Detector de gas tóxico en estado normal.

Para visualizar una alta concentración de gas tóxico en la plataforma se ha simulado un valor de 35 [PPM]. En la figura 4.25 se muestra la respuesta de la HMI ante este valor de la variable.

Figura 4.25. Pre-alarma por alta concentración de gas tóxico.

El detector de gas toxico cuenta con dos pre-alarmas las cuales permiten al operador realizar acciones de prevención antes de indicar muy alta concentración de gas toxico ante la simulación de una variación de 8 [PPM].

Figura 4.26. Pre-alarma por baja concentración de gas tóxico.

La alarma de muy alta concentración de gas tóxico se encuentra activa en la imagen mostrada en la figura 4.27. Lo anterior como respuesta a la simulación de un valor de 90 [PPM] en la plataforma.

Figura 4.27. Alarma por muy alta concentración de gas tóxico.


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La indicación de falla del circuito se presenta en la figura 4.28 como respuesta a un sobre rango simulado por el slider correspondiente con un valor de 105 [PPM].

Figura 4.28. Falla del circuito para un detector de gas tóxico.

Finalmente, la indicación de detector de gas tóxico en calibración se muestra en la figura 4.29. Esto se logró por el accionamiento de un objeto grafico virtual programado para este fin con un script.

Figura 4.29. Indicación de detector de gas tóxico en calibración.

4.5 Cambios de Estado en los Detectores de Gas Combustible

Los detectores de gas combustible también cuentan con seis indicaciones visuales en su ventana de estados, los cuales corresponden a una variación analógica de 0 a 100 % en el Límite Inferior de Explosividad. El cual se monitorea por medio de un objeto dinámico animado. En la figura 4.30 se muestra un detector de gas combustible en su estado normal ante un valor de 30 % LEL.

Figura 4.30. Detector de gas combustible en estado normal.

Al igual que los demás detectores, el detector de gas combustible cuenta con pre-alarmas como se muestra en la figura 4.31, esto proporciona al operador tiempo


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suficiente para realizar acciones de prevención antes de que ocurra una situación de riesgo mayor.

Figura 4.31. Pre-alarma por alta concentración gas combustible.

La simulación de un valor de 40 % LEL activa la pre-alarma por alta concentración de gas combustible mostrada en la figura 4.31. Otra pre-alarma con la que cuenta esta ventana es la de baja concentración de gas combustible, la cual se muestra en la figura 4.32 como respuesta ante la simulación de un valor de 15 % LEL de la variable.

Figura 4.32. Pre-alarma por baja concentración de gas combustible.

Para activar la alarma por muy alta concentración de gas combustible se ha simulado un valor de 55 % LEL con el slider correspondiente. Con lo cual se obtiene la respuesta de la HMI mostrada en la figura 4.33.

Figura 4.33. Alarma por muy alta concentración de gas combustible.

La indicación de falla del circuito se ha simulado con un sobre rango de 102 % LEL y el estado del instrumento ante esta situación es el presentado en la figura 4.34.


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Figura 4.34. Indicación de falla del circuito para un detector de gas combustible.

Este detector también cuenta con un botón virtual de simulación para indicar que se encuentra en calibración. Esto se muestra en la figura 4.35.

Figura 4.35. Indicación de detector de gas combustible en calibración.

4.6 Cambios de Estado en Válvulas de Solenoide y sus Instrumentos

Las válvulas de solenoide en válvula de diluvio se deben activar con el objetivo de mitigar la presencia de fuego confirmado en la plataforma y cuando se activen de forma semiautomática por medio del botón de simulación de la HMI. El interruptor por alta presión también puede abrir una válvula de solenoide solo en caso de que la presión de la red contra incendio sea mayor a 40 [PSI]. En la figura 4.36 se muestra el estado normal de los instrumentos de la válvula de diluvio debido a que no se ha simulado ni una de las 3 situaciones mencionadas. El estado de la válvula de solenoide se representa con una elipse ubicada debajo de la válvula de solenoide.

Figura 4.36. Instrumentos de la válvula de diluvio en estado normal.


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En la figura 4.36 también se observa el estado de presión neumática normal para el transmisor de presión para un valor de 25 [PSI] en ese punto de la red contra incendio.

Una vez que el detector indica fuego confirmado en la plataforma la válvula de diluvio automáticamente se activa como se muestra en la figura 4.37. También se presenta el estado activo del interruptor de posición cerrada que se encuentra abierto al igual que la válvula de solenoide.

Figura 4.37. Válvula de diluvio activa.

En la figura 4.38 se pueden observar los botones de simulacro, restablecer y reconocer. Para la siguiente simulación son de interés los botones de simulacro y restablecer. El botón de simulacro ha sido programado para accionar todas las válvulas de diluvio solicitando una contraseña al usuario. Y el botón de restablecer se programó para cerrar nuevamente las válvulas de diluvio.

Figura 4.38. Botones de simulacro, restablecer y reconocer de la HMI.

En la figura 4.39 se presenta la respuesta de la HMI al ingresar una contraseña incorrecta comprobando así el segundo nivel de seguridad con que cuenta la HMI. Como se puede observar se ha desplegado un recuadro rojo indicando que la contraseña es incorrecta y las válvulas de diluvio continúan cerradas.


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Figura 4.39. Respuesta del segundo nivel de seguridad de la HMI ante una contraseña incorrecta.

Como se observa en la figura 4.40, una vez que la contraseña es correcta se permite al operario en turno que active las válvulas por medio del botón de simulación programado con este fin en la HMI. Hecho lo anterior se activan las válvulas de diluvio de todas las zonas de Gas y Fuego. Esta acción se representa por medio de un objeto gráfico animado para que cambia su color cuando están activas.

Figura 4.40. Estado activo de las válvulas de solenoide.


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CONCLUSIONES Y TRABAJOS FUTUROS

La simulación de la HMI del Sistema de Gas y Fuego del primer nivel de una plataforma enlace plantea la reducción de riesgos de ocurrencia de incidentes industriales. Ya que se ha comprobado que al instalar la HMI en la estación de operación local se proporcionara al operador la oportunidad de monitorear todos los eventos desde un lugar seguro de la instalación.

En la simulación, al presentarse eventos no deseados se activan alarmas, las cuales permiten al operador manipular la información para la toma de decisiones oportunas que deriven en el adecuado control de la situación de riesgo simulada.

En el ámbito de la ingeniería de diseño la etapa de simulación de un sistema de seguridad es importante, ya que las funciones que se deben llevar a cabo en él, no se deben realizar en la ingeniería de construcción debido a los riesgos potenciales que conllevaría.

La simulación precede a la implementación de la HMI del sistema de Gas y Fuego, ya que en ésta etapa se debe garantizar que la HMI proporcionara seguridad al personal, al equipo, a la instalación, reducirá el riesgo de daños al medio ambiente y salvaguardará los recursos materiales.

En las acciones de monitoreo y control secundario es muy importante la cantidad de memoria que se utiliza por el procesador debido a que el monitoreo se debe ejecutar en tiempo real. Por lo tanto utilizar lógica que se ejecute en función solo de las ventanas activas puede ser una buena estrategia para ahorrar recursos del sistema.

La lógica que obedecen las ventanas de estado de las alarmas se debe establecer de tal manera que se reduzca al mínimo el monitoreo de eventos que se encuentran dentro de los parámetros del proceso o sistema. Una manera de cumplir con esta condición es que el estado normal de los instrumentos no se despliegue en pantalla a menos que el operario lo solicite de manera manual.

Las pruebas realizadas en este trabajo para las acciones de monitoreo fueron realizadas a nivel simulación obteniendo resultados satisfactorios para el comportamiento lógico de la HMI. Sin embargo aún se deben analizar otros factores como el tiempo de respuesta de la HMI una vez establecida la comunicación entre ella y el controlador del Sistema de Gas y Fuego. Por lo tanto se plantea lo anterior como trabajo futuro utilizando el protocolo Ethernet TCP/IP y cable UTP categoría 6.

La HMI presenta ya la respuesta adecuada ante los eventos simulados en este trabajo, pero aún no guarda el histórico de estos eventos en una base de datos. De tal modo que estructurar una base de datos para el registro de históricos también se plantea como trabajo futuro derivado de este proyecto.


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GLOSARIO DE TÉRMINOS

Alarma: Dispositivo o función que indica la existencia de una condición anormal del proceso por medio de una señal visible y/o audible, con el propósito de alertar al personal.

Conexión punto a punto: Es la conexión que se hace mediante cableado físico y en forma directa, del elemento primario/final de medición o control a un canal de entrada/salida del Controlador Electrónico Programable (módulo de entrada/salida).

Controlador electrónico programable (CEP): Dispositivo electrónico basado en microprocesadores capaz de ser configurado, debe estar certificado conforme a la IEC-61508 para construir funciones de seguridad.

Ethernet/IP: Red industrial que usa los siguientes protocolos de comunicación: Protocolo de Comunicación e Información (CIP) para la capa de aplicación, Protocolo de Control de Transmisión TCP para los mensajes generales y Protocolo de paquetes de datos (Datagrama) de usuario User Datagram Protocol (UDP) para mensajes y control de E/S, que manejan el intercambio de información entre dispositivos de E/S en tiempo real.

Fondo de pantalla: Fondo requerido para que la información a ser desplegada pueda tener una mejor definición visual y/o un mayor contraste óptico.

Límite inferior de explosividad / inflamabilidad “LIE” (LEL): Concentración mínima de un gas o vapor en mezcla con aire u oxígeno, que en contacto con una fuente de ignición puede entrar en combustión.

Modelo de referencia OSI: Marco de referencia para la comunicación entre sistemas digitales fabricados por proveedores diferentes, en donde el proceso de comunicación se organiza en siete capas situadas en una secuencia por capas basadas en su relación con el usuario. Cada capa utiliza la que se encuentra inmediatamente por debajo de ella y proporciona un servicio a la inmediata superior. Las capas 7 a 4 se refieren a la comunicación de extremo a extremo entre el origen y el destino del mensaje y las capas 3 a 1 a las funciones de red.

Octópodo: estructura formada por 8 ejes.

Pilote: Pieza gruesa y larga de madera, hierro o cemento, que se clava en la tierra

para asegurar los cimientos de un edificio o de otra construcción.

Píxel: Es la menor unidad en la que se descompone una imagen digital, ya sea una fotografía, un fotograma de vídeo o un gráfico.


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Redundancia: Uso de múltiples elementos o sistemas de igual o diferente tecnología para desarrollar la misma función coordinadamente.

Riesgo: Es el producto de la frecuencia de ocurrencia o probabilidad de que ocurra un evento catastrófico (peligroso) multiplicada por el valor (económico, vidas, lesiones, entre otros) de las consecuencias del evento (daño).

Semáforo: Dispositivo físico para anunciar en forma visual una alarma, integrado por un conjunto de luces de diferentes colores, ubicado en un lugar estratégico de acuerdo a la instalación, para que sea visualizada por el personal, la condición anormal o de riesgo.

SIL: Safety Integrity Level (Nivel de Integridad de Seguridad).

SIS: Safety Instrumented System (Sistema Instrumentado de Seguridad).

Sistema de Gas y Fuego: Sistema compuesto por sensores, Controlador Electrónico Programable (CEP) y elementos finales de control que ejecutan funciones de seguridad de detección y mitigación de gas y fuego, integra las señales de entrada y salida de campo y permite, de acuerdo con lo especificado en cada instalación, el monitoreo, control y supresión de eventos y siniestros en las instalaciones de PEMEX.

Sistema Digital de Monitoreo y Control: Conjunto de equipos basado en microprocesadores, para funciones de monitoreo, control y adquisición de datos. Para efectos de esta norma de referencia se refiere a los SDMC (PLC, PAC, SCD, SCADA, SIS) y todos aquellos sistemas dedicados (incluye los sistemas de los equipos paquete) que utilicen protocolos de comunicación.

Slider: Elemento de las interfaces gráficas que permite seleccionar un valor moviendo un indicador. Dependiendo de sus atributos en ocasiones el usuario puede hacer clic sobre algún punto del slider para cambiar hacia ese valor. Se diferencia de una barra de desplazamiento en el hecho de que el movimiento de una barra de desplazamiento sólo lo desplaza el contenido que esta posee. En cambio, un slider puede afectar distintos elementos de la pantalla, o algunos valores como el volumen del sonido.

Subestructura (jacket): Parte de la sustentación de la plataforma que se apoya en el lecho marino y sobresale del nivel del mar hasta una altura segura para instalar el resto de las estructuras.

Superestructura (deck): Estructura de acero donde se instalan los equipos o apoyan otros tipos de estructuras.

TCP/IP: Protocolo de Control de Transmisión/Protocolo de Internet (Transmission Control Protocol/Internet Protocol). Protocolos independientes del hardware, que permiten la conectividad entre diversos equipos.


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Tablero de seguridad: Equipo formado por dispositivos, circuitos, interruptores y otros elementos eléctricos, electrónicos y electromecánicos, donde interaccionan las señales de entrada provenientes de los detectores y estaciones manuales de alarma, generando señales que activan las alarmas. Pueden hacer funcionar los sistemas automáticos para el combate de incidentes no tolerables, además de estar en posibilidad de transmitir la información recabada a los sistemas que controlan el proceso de una instalación industrial y a otros sistemas relacionados con la seguridad.

Tetrápodo: estructura formada por cuatro ejes.

Torreta: Estructura metálica rotativa.

UPR: Unidad de Procesamiento Remoto.

UPS: Uninterrupted Power Supply (Fuente de Energía Ininterrumpida).


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REFERENCIAS

[1] Petróleo & Energía (P&E) [en línea], Recuperado el 14 de Septiembre de 2011, de <http://www.petroleoenergia.com/2010/01/plataformas-petroleras-sus-fabricantes-en-mexico/>.

[2] Cirratech de México [en línea], Recuperado el 20 de Septiembre de 2011, de <http://www.cirratechdemexico.com/trampas_lanzadoras_y_receptoras_de_diablos.html>.

[3] Larraoiz Electrónica Industrial, Publicado en Mayo de 2010 por XIU LARRAIOZ E. Ind. [En línea], Recuperado el 24 de Septiembre de 2011, de <http://www.larraioz.com/vernoticia.php?id=15>.

[4] Guía completa de Visual BasicTM

para Windows, Ross Nelson, McGraw Hill, segunda edición, 1993.

[5] Aprenda Visual Basic practicando, José Felipe Ramírez Ramírez, Pearson Educación, primera edición, 2001.

[6] Gómez Carranza Jaime, Orozco Trewartha Sergio, Soto Martínez Juan Jesús, Normalización de interfaces, México 1998.

[7] Control de procesos SCADA [en línea], Recuperado el 06 de Noviembre de 2011, de <http://www.etitudela.com/celula/downloads/controldeprocesos.pdf>.

[8] Ing. Henry Mendiburu Diaz [en línea], Recuperado el 06 de Noviembre de 2011, de <http://www.galeon.com/hamd/pdf/scada.pdf>.

[9] Norma de referencia interna de PEMEX NRF-184-PEMEX-2007, Recuperada el 10 de Octubre de 2011, de <http://www.pemex.com/index.cfm?action=statusfilecat&contentfileid=21006>.

[10] Norma de referencia interna de PEMEX NRF-210-PEMEX-2008, Recuperada el 18 de Octubre de 2011, de <http://www.pemex.com/files/content/NRF-210-PEMEX-2008-F.pdf>.

[11] Norma de referencia interna de PEMEX NRF-205-PEMEX-2008, Recuperada el 18 de Octubre de 2011, de <http://www.pemex.com/files/content/NRF-205-PEMEX-2007.pdf>.

[12] Norma de referencia interna de PEMEX NRF-011-PEMEX-2002, Recuperada el 12 de Octubre de 2012, de < http://www.pemex.com/files/standards/definitivas/nrf-011-pemex-2002.pdf>.

[13] Norma de referencia interna de PEMEX NRF-046-PEMEX-2012, Recuperada el 06 de Noviembre de 2012, de <http://www.pemex.com/files/content/NRF-046-PEMEX-2012.pdf>.

[14] Norma de referencia interna de PEMEX NRF-226-PEMEX-2009, Recuperada el 23 de Noviembre de 2011, de <http://www.pemex.com/files/content/NRF-226-PEMEX-2009-F.pdf>.


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ANEXO A. OBJETOS REPRESENTATIVOS DE ENTRADAS FÍSICAS 96

ANEXO A. OBJETOS REPRESENTATIVOS DE ENTRADAS FÍSICAS

Para realizar la simulación de la HMI es necesario configurar objetos que representen los instrumentos y dispositivos físicos de una Plataforma enlace. En este primer anexo se muestran todos los objetos creados para tal fin. Cabe mencionar que estos objetos no deben formar parte de la HMI en caso de que se instale de manera física. Solo se utilizaron para llevar a cabo la simulación de la Interfaz Humano-Máquina.

Nivel 1

Zona 9


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Zona 10

Zona 11


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Zona 12

Zona 13


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ANEXO B. DETALLE DE LOS SCRIPTS DE PROGRAMACIÓN 99

ANEXO B. DETALLE DE LOS SCRIPTS DE PROGRAMACIÓN

Para proporcionar una buena administración del tiempo de ejecución de los scripts programados para la HMI se utilizaron los scripts tipo “Window Scripts” los cuales se pueden ejecutar cuando se ha mandado mostrar la ventana, mientas la ventana se encuentra activa y cuando la ventana se oculta. Dado que se requiere que se ejecuten las sentencias para la animación de objetos se debe ejecutar el script de ventana mientras se muestra la misma y se utilizo un tiempo de ejecución de 1 [ms].

Alarmas visibles tipo semáforo


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Transmisores de presión del nivel 1


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ANEXO C. DETALLE DE LA CONFIGURACIÓN DE LAS ANIMACIONES 103

ANEXO C. DETALLE DE LA CONFIGURACIÓN DE LAS ANIMACIONES

Animación del estado normal de la alarma visible tipo semáforo 101-G.

Animación del estado luz apagada de la alarma visible tipo semáforo 101-G.


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Animación del estado falla del circuito de la alarma visible tipo semáforo 101-G.

Animación del estado normal de la alarma visible tipo semáforo 101-R.


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Animación del estado fuego en la plataforma de la alarma visible tipo semáforo GSH-101-R.

Animación del estado falla del circuito de la alarma visible tipo semáforo 101-R.


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Animación del estado normal del circuito de la alarma visible tipo semáforo 101-Y.

Animación de alta concentración de gas combustible del circuito de la alarma visible tipo semáforo 101-Y.


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Animación de falla del circuito de la alarma visible tipo semáforo 101-Y.

Animación del estado normal del circuito de la alarma visible tipo semáforo 101-B.


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Animación de alta concentración de gas toxico de la alarma visible tipo semáforo 101-B.

Animación de falla del circuito de la alarma visible tipo semáforo 101-B. De la misma manera se hace animación para el texto.


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Animación del estado normal de la alarma visible tipo semáforo 101-V.

Animación del estado hombre al agua en plataforma de la alarma visible tipo semáforo 101-V.


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Animación de falla del circuito de la alarma visible tipo semáforo 101-V. De la misma manera se hace animación para el texto.

Animación del estado normal de la alarma visible tipo semáforo 101-W.


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Animación de abandono de la plataforma de la alarma visible tipo semáforo 101-V.

Animación de falla del circuito de la alarma visible tipo semáforo 101-W. De la misma manera se hace animación para el texto.


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Interruptor por fuego HS-F-101, estado: activación por fuego.

Interruptor por fuego HS-F-101, estado: activación por falla del circuito.


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Interruptor de activación por abandono de la plataforma HS-AP-101, estado: activación por abandono de la plataforma.

Interruptor de activación por abandono de la plataforma HS-AP-101, estado: falla del circuito.


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Interruptor de activación por hombre al agua HS-HA-101, estado: activación por hombre al agua.

Interruptor de activación por hombre al agua HS-HA-101, estado: falla del circuito.


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Configuración para la indicación del porcentaje de llenado de las barras indicadoras.

Configuración de parámetros requeridos para cada barra.


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Transmisor de nivel en su estado de muy alto nivel.

Transmisor de nivel en su estado de alto nivel.


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Transmisor de nivel en su estado de bajo nivel.

Transmisor de nivel en su estado de muy bajo nivel.


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Transmisor de nivel en su estado normal.

Transmisor de nivel en su estado de falla del circuito.


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Calibración del transmisor de nivel.

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