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Administración de Activos de los

Sistemas de Control

© 2007 ExperTune, Inc. George Buckbee, P.E. ExperTune, Inc.

Plant Performance Supervision & PID Tuning Software

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Administración de Activos de los Sistemas de Control George Buckbee, P.E., ExperTune Inc.

© 2007 ExperTune, Inc.

Resumen La mayoría de las grandes plantas de proceso han invertido millones en sus sistemas de control. Sin embargo, típicamente más del 30% de los sistemas se encuentran fuera de línea en un momento dado. Para obtener el mejor desempeño del sistema de control se requiere de un enfoque estructurado para la administración de sistemas de control.

Activos en el sistema de control:

• Instrumentos y válvulas

• Sistemas de control distribuido (DCSs) y otros controladores

• Software, Infraestructura (cableado, canalización, etc.) y Redes

• Estrategias de control, Aplicaciones, Configuración y Conocimiento del Proceso

Este artículo describe los planes específicos para establecer un programa de administración de activos de sistemas de control.

Introducción

¿Que son los Activos de Sistemas de Control? Un sistema de control contempla a muchos y diversos “activos”. Algunos de estos son los tradicionales, activos físicos, tales como instrumentos, válvulas y sistemas DCS. Estos aparecen en la contabilidad de manera explícita.

Menos obvios, pero de importancia critica, están los activos tales como el software, la ingeniería y la configuración que ayudan a que el equipo controle los procesos específicos en su planta. De hecho, este activo puede haber costado más que el equipo (hardware).

Algunas compañías dicen de su personal que “son nuestro activo mas importante”. Las habilidades operativas, conocimientos y experiencia específica en los procesos del personal frecuentemente son los activos que marcan la diferencia entre el éxito y el fracaso.

Finalmente, en las industrias de proceso, no podemos distinguir completamente al sistema de control del proceso que está siendo controlado. El proceso en si mismo, incluyendo el equipo, las secuencias y la modalidad de operación, representan un activo



principal de la compañía. Conforme administramos y mejoramos los activos del sistema de control, pondremos también atención cercana al impacto en el desempeño de los activos del proceso.

Utilizando esta definición, una planta típica de proceso grande tendrá millones de dólares invertidos en los activos de sistemas de control. Cuando se presupuesta una nueva planta de proceso, la automatización y el control típicamente representan entre el 5% y el 15% de los costos generales del proyecto.

Una planta de mediano tamaño, con un costo de $30 millones, tendrá aproximadamente $3 millones invertidos en sus activos de sistemas de control.

Desempeño Típico de Activos Ahora las malas noticias: Más del 30% de los activos de sistemas de control están siendo desperdiciados. Estos activos no están de ninguna manera agregando valor por una o mas de las siguientes razones:

• El lazo de control está en Manual o no esta en modo normal.

• El lazo de control está mal sintonizado o utiliza un algoritmo no adecuado

• La válvula de control está completamente abierta o cerrada.

• El sensor/instrumento está en falla o a su límite

Imagine que invierte $3 millones de dólares pero solo se obtienen los beneficios de $2 millones. Se desperdician $1 millón de dólares. La mayor parte de los sistemas de control de procesos están enfrentando precisamente este escenario.

Lo Que Puede Hacer Por Usted La Administración De Activos La Administración de Activos es la práctica de hacer que todos sus activos tengan su mejor desempeño, todo el tiempo. En el contexto de la administración de Activos de Sistemas de Control, se pueden obtener las siguientes ventajas a través del uso de un programa de administración de activos:

Tabla 1. Resultados de Administración de Activos

Métrica de Desempeño Antes de Sistema de Control de Administración de Activos

Después de Administracion de Activos de Sistemas de Control

Mejoramiento

Factor de Servicio % de lazos de control que operan en AUTO, válvulas y sensores que no están al

>30% <10% 3X

limite.

Salud de Lazo de Control: % de lazos de control que exceden los limites clave específicos de la planta.

>10% <1% 10X

Oscilaciones Significativas:

% de lazos con oscilaciones significativas que afectan los costos y la calidad.

>20% <10% 2X

Activos de Sistemas de Control

Activos de Sistemas de Control Físicos Los activos físicos de sistemas de control incluyen:

• Instrumentación

• DCS, incluyendo controladores, HMI, Historiadores, etc.

• I/O, cableados, I/P’s

• Válvulas de Control, Actuadores, Posicionadores y Variadores de frecuencia

Dependiendo de la industria y del tiempo en la implementación, estos activos por si mismos pueden ser complejos. Una típica refinería de petróleo de tamaño mediano, por ejemplo, puede tener por arriba de 2,000 lazos de control, cada uno con un sensor, un controlador y una válvula.

Activos de Software y Configuración Si se da un vistazo, se dará cuenta que los instrumentos, controladores y las válvulas no sirven para nada a menos que estén conectados a lazos de control que funcionen. El software, la configuración y la programación son activos críticos para la compañía.

Se puede estimar el valor de este activo calculando en general las horas de ingeniería (internas y externas) que fueron utilizadas para definir, diseñar y comisionar el proyecto. Frecuentemente este costo es digno rival a la inversión en equipo.



Aplicaciones y Conocimiento del Proceso Los conocimientos específicos del proceso son un activo muy valioso Este conocimiento frecuentemente se conserva y se comunica por ingenieros de proceso y de control.

Activos de Proceso El proceso en si mismo es un activo que no puede ser completamente separado del sistema de control. Claro, el equipo de proceso es un activo aparte. Pero esto no es a lo que nos referimos con “el proceso”.

“El Proceso” incluye las vías de flujos específicos de producto, secuencias en la operación, rangos establecidos, relaciones y recetas. El sistema de control administra el proceso, haciendo que sea difícil distinguir entre el proceso mismo y el software y la configuración mencionada arriba.

La razón por la que incluimos el proceso en este artículo es que la administración de activos de sistemas de control frecuentemente conduce al manejo y mejoría del proceso mismo. Hablaremos de esto mas adelante...

Recursos Humanos Además de las habilidades y conocimientos de ingeniería, mantenimiento y equipos de operación, una planta exitosa administrará efectivamente también las prioridades y tiempos para estos activos tan críticos.

Un estudio del Grupo Gartner encontró que en plantas de proceso, el 50% del trabajo de mantenimiento no era necesario y que el 10% de hecho era dañino. Simplemente, no es conveniente gastar el 50% de su tiempo trabajando en las cosas equivocadas.

Administración de Activos de Sistema de Control

¿Que es la Administración de Activos? La administración de activos es una practica para asegurar que todos los activos esten desempeñando mejor su valor. A un nivel muy alto, esto puede medirse como RONA o “Return on Net Assets”. La administración de activos incluye herramientas y practicas para que todos los activos estén trabajando óptimamente.



En el pasado, la administración de activos tendía a enfocarse en tiempo de vida de servicio esperada en lugar de diagnosticar fallas que a predecir y administrar los asuntos de mantenimiento. En la actualidad, las herramientas de administración de activos tales como PlantTriage están también encontrando cuellos de botella en el sistema e identificando maneras de aumentar la capacidad de producción.



Herramientas + Prácticas El éxito en la administración de activos se determina al contar con las herramientas adecuadas Y tener establecidas las practicas adecuadas. Las herramientas por si mismas no resuelven problemas. Y las prácticas sin herramientas son muy ineficientes Las herramientas de administración de activos, tales como diagnostico, rastreo de desempeño y planeación del mantenimiento, ayudan en la identificación automática, establecimiento de prioridades y resolución de asuntos de desempeño de los activos.

Herramientas de diagnóstico Una planta de proceso típica puede tener miles de activos para ser administrados. En la mayoría de los lugares del mundo, el rastreo y administración de estos activos ya no son posible con tan poco personal en la fuerza laboral. Las herramientas y software de diagnostico y son requerimientos básicos para identificar y diagnosticar problemas.

OPC ha tenido éxito en abrir sistemas de control propietarios, para que puedan compartir información en tiempo real directamente del DCS y del historiador. Hoy en día, existe una cantidad importante de información de control y proceso para diagnostico. Al mismo tiempo, tenemos ahora computadoras con suficiente capacidad de realizar operaciones complejas. Agregue el software adecuado, entonces es posible realizar diagnosticos poderosos.

La tabla siguiente proporciona unos cuantos ejemplos de diagnósticos de sistemas de control automatizados con que hoy se cuenta.

Tabla 2. Ejemplos de Diagnósticos Disponibles

Tipo de Activo Diagnostico Disponible

Instrumento/Sensor/ Analizador Ruido excesivo, Asuntos de comunicación, línea plana, sub-filtración / sobre-filtración, fuera de rango, a limite superior/inferior

Controlador Índice de Harris, oscilación por sintonización, robustez, tiempo de respuesta, uso inapropiado de la acción derivativa, no en modo normal.

Válvulas de Control Histéresis, fricción, sobredimensionada, subdimensionada, oscilaciones debido a la válvula. movimiento excesivo de la válvula.

Proceso Interacciones, oscilaciones debidas a la carga, no-linealidad, utilización de potencia, tiempo de los ciclos, exceso de alarmas.

Software y Configuración Muestreo lento, factor de servicio, errores de comunicación.

Rastreo de Desempeño La medición de diagnósticos en datos crudos es un gran paso en la dirección correcta. Pero no es suficiente. La historia de los activos es parte importante para entender un problema. Para lograrlo, los resultados del diagnostico deben ser registrados en la historia y obtener su tendencia en el tiempo. También es de ayuda normalizar la información para su comparación. La figura a la izquierda contiene un reporte de desempeño multi-tendencias, claramente muestra un pico reciente de variación en todos los lazos en la operación de unidad 11. La identificación de estos problemas rápidamente ayuda a determinar la causa raíz y evitar recurrencias. Además, la mayoría de los programas de administración de activos involucran algún tipo de planeación de

mantenimiento o herramienta de rastreo.



Estos sistemas:

• Mantienen una base de datos de partes de activos y procedimientos de reparación.

• Permiten una documentación detallada del problema.

• Mantienen un historial de costo y esfuerzo asociado con ese activo.

Herramientas Analíticas El diagnostico del problema no lo remedia. La resolución del problema requiere de más herramientas, para investigar y solucionar el problema. Por ejemplo, la sintonización efectiva de lazos de control puede obtenerse cuando se incluye software para sintonización del controlador directamente dentro del sistema de administración de activos. De esta manera, la información relevante de tiempo real puede pasar directamente al software de sintonía de controladores.

Beneficios de Administración de Activos de Sistemas de Control



Apalancamiento de Personas Conforme las compañías han recortado personal, la competencia ha incrementado, el personal calificado está siendo demandado cada vez más. Con estos recursos tan limitados, es más importante que nunca que cada persona se mantenga enfocado en las tareas más importantes solamente, y que pueda completar su trabajo con eficiencia.

Teniendo instalado un sistema de administración de activos de sistemas de control, se ordenan en orden de prioridad automáticamente los KPI (Key Performance Indicators) de desempeño y diagnostico.

Adicionalmente, las herramientas de administración de activos están integradas mas directamente, personal de la planta puede moverse rápida y eficientemente para identificar y resolver un tema. Frecuentemente, se identifican problemas, se colocan en orden de prioridad y se reporta directamente al usuario, con análisis a fondo, se tiene esta resolución del problema directamente en la computadora del usuario.

Un ejemplo de apalancamiento de personas es el uso de tecnología de captura de Modelo Activo. Utilizando esta tecnología, los modelos dinámicos de proceso son capturados automáticamente, basándose en cambios pequeños del operador al controlador regulatorio. Utilizando la captura activa del modelo, algunos usuarios han reportado un aumento en cinco veces su capacidad de optimizar la sintonización de controladores y los estudios de procesos dinámicos.

Al final, el software de administración de activos completa muchos de los análisis de rutina, el diagnostico y el ordenamiento por prioridades, liberando al personal calificado para tareas de mas alto nivel.

Maximización del Desempeño de Activos La mayoría de las plantas de proceso han gastado millones en sus sistemas de control. Típicamente, 30% de los lazos de control no corren en su modalidad normal de operación. Muchos lazos se quedan en operación MANUAL. Esto inhabilita efectivamente la función del lazo de control, y asegura que esos activos NO sean utilizados para mejorar el desempeño.

Adicionalmente, es típico que el 40% de los lazos de control estén oscilando. Esta oscilación reduce la eficiencia de la planta y aumenta el desgaste de los equipos. En muchos casos, el personal de la planta simplemente no se entera de lo extenso de estos problemas de administración de activos.

Un aspecto clave de la administración de activos es que puede hacerse rápidamente, basándose en información de tiempo real. Esto ayuda para agilizar el tiempo de respuesta para el personal de operaciones y automatización Como entienden todos los buenos ingenieros de control. La rapidez de respuesta hace que el proceso se controle más fácilmente. Esto brinda beneficios a la rentabilidad del negocio rápidamente.

Extensión de la Vida de los Activos Muchas válvulas de control se trabajan de más. Es decir, están moviéndose MÁS de lo que es necesario para un buen control: En algunos casos más de 10 veces de los movimientos requeridos. En algunas plantas, las válvulas se mueven tanto que los posicionadores de las válvulas se desgastan. Este desgaste excesivo conduce a fallas prematuras.



Mejoramiento del Retorno de la Inversión El rendimiento típico de una inversión (ROI) de un programa de administración de activos de sistemas de control se mide en meses. La administración de activos de sistemas de control apalanca al personal de ingeniería y de mantenimiento, enfocando los esfuerzos en los asuntos adecuados. Debido a que el potencial de mejoría es tan grande, la recuperación de la inversión típicamente es muy rápida.

Por ejemplo, al reducir los paros de operaciones no programadas en un 0.5% vale millones de dólares en una planta grande de proceso. El costo de un sistema de administración de activos de sistemas de control grande, completamente instalado, con equipos, servicio y entrenamiento raramente excede los $250,000 dólares.

Adicionalmente, debido a que el sistema de administración de activos lleva un registro del desempeño activos de los procesos, existe apalancamiento adicional para generar ahorros.

Conclusiones y Recomendaciones 1. Los activos de sistemas de control típicamente son sub-utilizados, por un factor de

servicio por debajo del 70%.

2. Las herramientas de administración de activos de sistemas de control, tales como PlantTriage de ExperTune, tienen las herramientas para la administración de los activos de sistemas de control.

3. La administración de activos de sistemas de control proporcionan una recuperación de la inversión (ROI), típicamente pagándose a si mismos dentro de pocos meses.

Póngase en contacto con ExperTune para calcular los beneficios económicos que pueden obtenerse en su planta con PlantTriage™.

ExperTune, Inc. +1(262)369-7711 [email protected] Para mayor información en México: [email protected]

PlantTriage es marca registrada de ExperTune, Inc. www.planttriage.com

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Acerca de ExperTune ExperTune ha estado mejorando el desempeño de procesos por más de 20 años. Con productos galardonados, tales como PlantTriage® performance Supervision System, ExperTune tiene la tecnología y la experiencia que necesita para hacer mejoras a su planta.

Acerca del Autor George Buckbee es Director de Desarrollo de Productos en ExperTune. George tiene mas de 20 años de experiencia práctica mejorando el desempeño de procesos en una gran variedad de industrias de proceso, George tiene un “B.S.” de Ingeniería Química de Washington University, y un “M.S.” de Ingeniería Química de la Universidad de California.

Acerca de PlantTriage®

PlantTriage es un sistema de supervisión de desempeño de plantas completas que optimiza todo su sistema de control de proceso, incluyendo instrumentación, controladores, y válvulas de control. Utilizando técnicas avanzadas, tales como Tecnología de Captura de Modelo Activo. PlantTriage puede identificar, diagnosticar y ordenar en prioridades las mejorías a su proceso



Glosario Término Definición

DCS Sistema de Control Distribuido Un sistema de control de proceso que típicamente proporciona recolección de información, interfase con el trabajador y funciones de control.

OPC OLE para el Control de Proceso. Un método estándar en la industria para comunicación entre sistemas en tiempo real.

PV Variable de Proceso El valor medido que se alimenta a un lazo de control.

ROI Recuperación de la Inversión Una medición del tiempo requerido para obtener la recuperación completa de la inversión.

RONA Recuperación de Activos Netos

SCADA Control supervisorio y Adquisición de Información.

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