Ma mantenimiento Á. Parrilla Manada Control de Procesos e Industria Química, Siemens, S.A. Gestión de activos de planta integrada en el sistema de control Aumento de la productividad mediante mantenimiento inteligente El sistema de control maneja, en este caso, información relativa tanto al ámbito de producción, como al de ingeniería y mantenimiento. Con el sistema de gestión de activos integrado se genera automáticamente en la estación de mantenimiento una jerarquía de pantallas con los equipamientos de la planta y su estado, siendo el interfaz el mismo que usa el operador de producción. 130 Ingeniería Química
Gestión de activos de planta integrada en el sistema de control CÓMO SE PODRÍA AUMENTAR aún más la productividad de una planta con alto nivel de automatización? Estudios muestran que los operadores de planta en todos los sectores consideran. Está demostrado que las paradas son con frecuencia el resultado de un mantenimiento insuficiente, a pesar de que los costes de mantenimiento son una parte muy importante de los costes a lo largo del ciclo de vida de una planta. Además, como consecuencia, hay otros costes asociados a pérdidas de calidad y empeoramiento de la imagen de la compañía que muchas veces no son considerados. Las estrategias de mantenimiento inteligente pueden hacer una contribución significativa al aumento de la productividad. 1 Estrategias de mantenimiento Existen diferentes estrategias de mantenimiento que dependen del momento en el que se toman acciones con respecto a los fallos. El mantenimiento reactivo consiste en que se toman medidas solamente cuando el error ya se ha producido. Los costes asociados a este tipo de mantenimiento son los de las propias acciones que se toman, sumando los costes derivados de la pérdida de producción por la parada que no se esperaba. En este caso se minimizan los riesgos de fallo implementando en la planta diseños redundantes, lo cual conlleva un coste asociado. El mantenimiento preventivo tiene como objetivo completar medidas de mantenimiento antes de que los fallos ocurran, evitando así que tengan lugar paradas inesperadas. Este tipo de estrategia se realiza con medidas basadas en el tiempo, tales como actividades de mantenimiento regular, o medidas basadas en condiciones que son iniciadas dependiendo del nivel de desgaste. El mantenimiento preventivo tiene un coste asociado a lo largo del tiempo que es compensado por la eliminación de paradas inesperadas y pérdidas de producción, es decir, en la mayor parte de los casos es más barato el mantenimiento preventivo que el reactivo. Pero sin duda, aunque no siempre es posible, el mantenimiento más barato es el que se realiza con una estrategia de mantenimiento predictivo. Las medidas predictivas son capaces de reconocer el problema en una fase muy inicial y proveer al usuario de información sobre el tiempo que resta hasta que un elemento quedará fuera de servicio. Este mantenimiento es el más barato porque no hay ningún coste para evitar la parada inesperada, y ésta no se produce porque se toman medidas antes de que ocurra y sólo cuando es estrictamente necesario. 2 Ciclo de mantenimiento en la gestión de activos integrada El punto inicial del ciclo de mantenimiento empieza en la monitorización continua, por parte del sistema, de los equipamientos. Cuando un equipo requiere un mantenimiento, al sistema le llega la información y éste genera un aviso o alarma para el operador de mantenimiento. El operador, que es informado de una anomalía, es guiado por el sistema a través de las jerarquías de pantallas de mantenimiento hasta llegar al elemento exacto que tiene el problema. Una vez hecha Los elementos que requieren mantenimiento muestran una llave inglesa cuyo color muestra la prioridad del mantenimiento la localización donde está el problema, se pasa al diagnóstico. El sistema de gestión de activos proporciona detallada información de qué le pasa al elemento y puede proponer acciones a tomar para solucionar el posible problema, que puede ser que el elemento está en un determinado fallo o simplemente que requiere un mantenimiento de un cierto nivel de prioridad en base a unas reglas de mantenimiento preventivo o predictivo. Lo siguiente es lanzar en el sistema una petición de mantenimiento con su prioridad en función de la gravedad y urgencia. Todos los eventos, cambios, peticiones de mantenimiento y ejecución de las mismas, quedan registradas en el sistema. 3 Sistema de gestión de activos integrado En la planta hay personas que pertenecen al ámbito de producción y otras que pertenecen a ingeniería y mantenimiento. En el sistema de control, a los operadores de producción les interesan los datos relativos al proceso y saber si los mismos son válidos. Sin embargo, al personal de ingeniería/mantenimiento le interesa principalmente qué activos hay en un sistema, como equipos de campo, y cuál es su estado de funcionamiento (por ejemplo, equipo OK, equipo requiere mantenimiento, equipo en fallo, etc). El sistema de control maneja información relativa a los dos ámbitos, y con el sistema de gestión de activos se genera automáticamente en la estación de mantenimiento una jerarquía de pantallas con los equipamientos de la planta y su estado. Además el interfaz es el mismo que el que usa el operador de producción, es decir, el sistema, con un único interfaz, muestra, por un lado, una jerarquía de pantallas de áreas de la planta relativas al proceso con datos del proceso y, por el otro, una jerarquía de pantallas asociadas a los equipamientos y sus estados. En la jerarquía de pantallas de mantenimiento hay una primera pantalla general que muestra cuatro niveles diferentes a partir de los cuales se despliegan más subpantallas: - Nivel de estaciones de operación: con información de mantenimiento relativa a los PC (ocupación disco duro, carga de la CPU, temperaturas, estado ventiladores, etc.). - Nivel de comunicaciones industriales: información de todos los switches de ethernet industrial, los nodos participantes y las características de las comunicaciones. - Nivel de campo: información de los controladores (ocupación de memoria, tiempos de ciclo, etc), información y diagnosis de las comunicaciones con bus de campo Profibus, periferia descentralizada con sus tarje- Marzo 2008 Ingeniería Química 131
Mantenimiento Figura 1 Pantalla de operador inicial de vista general para operador de mantenimiento 4 Integración de activos de dispositivos con electrónica inteligente y comunicación digital Hay muchos equipos de campo con electrónica inteligente y comunicación digital, como el bus de campo Profibus DP/PA. Ejemplo de éstos son: instrumentación de proceso (caudal, nivel, presión, etc), posicionadores de válvulas, variadores, CCM con equipos electrónicos de protección. A todos estos elementos, si disponen de descriptor de dispositivo escrito en el lenguaje estándar EDDL, se puede acceder con un sistema de gestión de equipos de campo que está integrado en el sistema de control. El descriptor de dispositivo es interpretado por el software correspondiente y éste muestra todos los parámetros de configuración, parámetros de alarmas del tas de E/S, y estado de equipos de campo con conexión a protocolo digital (Profibus DP/PA, Hart, etc.). - Nivel de equipamientos: máquinas de proceso con diagnosis a partir de señales y variables disponibles en el sistema de control (bombas, intercambiadores de calor, etc.). En la figura 1 se puede observar la pantalla inicial de mantenimiento que indica en qué niveles hay algún elemento en alarma que requiere mantenimiento. Navegando por las pantallas, por donde te guía el sistema, se llega a la pantalla que muestra los elementos conectados a una línea Profibus de un controlador de proceso (Figura 2). En esa pantalla se observan bastidores de periferia descentralizada, dispositivos de control de motores (variadores y sistemas electrónicos de protección en CCM conectados al bus), y pasarelas a Profibus PA donde se conecta la instrumentación de proceso. Los elementos que requieren mantenimiento muestran una llave inglesa cuyo color muestra la prioridad del mantenimiento (verde prioridad baja, amarillo media y color rojo para estados más críticos). Figura 2 Pantalla correspondiente a esclavos de una línea Profibus Figura 3 Pantalla de detalle con vista de diagnosis de un medidor de nivel equipo y funciones de puesta en marcha y diagnosis. El sistema de gestión de activos usa el software para comunicar de manera continua con los elementos de campo y mostrar en la estación de operación, en las pantallas correspondientes al mantenimiento, cualquier anomalía. En el momento que aparece una alarma, el operador de mantenimiento es guiado hasta el punto en alarma y el sistema le muestra el diagnóstico del equipo que requerirá un mantenimiento reactivo, preventivo o predictivo (dependiendo de si ya ha fallado o que la inteligencia de la electrónica del equipo diga que puede fallar en el futuro tras ejecutar reglas de mantenimiento). Pulsando sobre el icono gráfico del elemento que requiere mantenimiento (representado con la llave inglesa), se abre su correspondiente faceplate o pantalla de detalle. La pantalla de detalle del elemento dispone de varias vistas que se seleccionan con un menú desplegable: vista de identificación con los datos del dispositivo (fabricante, modelo, versión, etc), vista del listado de alarmas y eventos, vista de diagnosis con información detallada de los problemas (posibles causas de los mismos y sus posibles soluciones), vista de parámetros donde se visualiza cómo está configurado el dispositivo con el software, vista de seguimiento de cambios que registra todos los cambios 132 Ingeniería Química
Gestión de activos de planta integrada en el sistema de control Figura 4 Mantenimiento predictivo del medidor de nivel y temperatura con registros de valores extremos (también para la electrónica del equipo), suciedad de sensores cuando ésta afecta al principio de medida, tubo vacío o con mucho aire en caudalímetros, etc - Posicionadores electro-neumáticos de válvulas: horas de operación, carrera acumulada, contador de cambios de dirección, detección de fricción u obstrucción de válvula, fugas neumáticas, depósitos en tubería, desgaste y rotura en el asiento y en el obturador de la válvula - Dispositivos de control de motores: horas de operación del motor, número de arranques y disparos por sobrecarga, monitorización del par de carga Figura 6 Pantalla de detalle del activo bomba para mantenimiento sobre el elemento y, por último, vista de gestión de órdenes de mantenimiento donde se dejan planeadas las órdenes de mantenimiento y se va indicando su estado, siempre con la posibilidad de introducir textos con comentarios del operador de mantenimiento. En la figura 3 se observa la vista de diagnóstico de un medidor de nivel inteligente que mide la suciedad e incrustaciones en el sensor en contacto con el medio. Se observa que, con el software, estaba previamente configurado un nivel de suciedad del 32% para provocar un aviso y del 66% para una alarma. Como el nivel de suciedad es 41%, el equipo tiene un aviso que desencadenará unas acciones de mantenimiento antes de que deje de medir correctamente (Figura 4). Los avisos de mantenimiento procedentes de los equipos resultan de aplicar reglas de mantenimiento con los datos de que dispone el equipo en su electrónica inteligente. Veamos algunos ejemplos de tipos de datos que suelen guardar los dispositivos en su electrónica: - Instrumentos de proceso: horas de operación de sensores de medida y sus electrónicas, contador de eventos por violación de límites, máximos de presión Figura 5 Gestión de activos con monitorización de equipamientos de planta 5 Integración de activos de equipamientos mediante monitorización de su funcionamiento En las plantas también hay activos, como equipamientos de proceso, que no están representados en forma de dispositivo inteligente con una electrónica asociada. Estos equipamientos están representados en el sistema de control en forma de un conjunto de señales de entrada/salida. En este caso, se traslada las estrategias de mantenimiento inteligente a los controladores del sistema. Esto se realiza mediante un bloque de función de la librería del sistema. A este bloque se pueden conectar variables del proceso y señales de alarmas para configurar reglas de mantenimiento en el controlador, que luego se visualizarán en su correspondiente faceplate de operador en las pantallas de mantenimiento. Así, a partir de variables existentes en el sistema, se pueden calcular variables no medidas directamente para sacar informaciones relativas al funcionamiento de los equipamientos de planta (Figura 5). Veamos dos ejemplos: Ejemplo 1: Gestión del activo bomba A partir de variables existentes en el sistema de control, se pueden obtener variables como presión a la entrada, potencia mecánica e hidráulica, eficacia de la bomba, valor NPSH y distribución estadística de caudal. Los problemas detectables serían: bloqueo, funcionamiento en Marzo 2008 Ingeniería Química 133
Mantenimiento seco, alto contenido en gas, cavitación, sobrecarga, baja eficiencia y desgaste de la bomba (Figura 6). Ejemplo 2: Gestión del activo intercambiador de calor A partir de variables existentes en el sistema de control se pueden obtener variables como el coeficiente de transmisión térmica, factor de suciedad, coste de energía desperdiciada y distribución estadística de carga. Figura 7 Intercambiador de calor con suciedad La integración en el sistema de control es homogénea, al usar el mismo interfaz El problema detectable sería la suciedad, tal y como muestra la Figura 7. 6 Conclusiones Con el sistema de gestión de activos integrado se aumenta la productividad de la planta, porque, mediante estrategias de mantenimiento preventivo y predictivo, se evitan posibles paradas futuras y se acortan los tiempos de parada en mantenimientos reactivos al localizar y diagnosticar más rápidos los fallos. El sistema de gestión de activos tiene una integración homogénea en el sistema de control, al usar el mismo interfaz, tanto para operación como para mantenimiento, mediante una generación automática de pantallas de diagnósticos. Por último, la implementación de este sistema está basado en las recomendaciones Namur (NA 64 & NE91). 134 Ingeniería Química