Activos de Sistemas de Control

Administración de Activos de los
Sistemas de Control
© 2007 ExperTune, Inc.
George Buckbee, P.E.
ExperTune, Inc.
Plant Performance Supervision & PID Tuning Software
www.expertune.com
Phone: (262) 369-7711
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
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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
Factor de Servicio
Antes de Sistema
de Control de
Administración
de Activos
Después de
Administracion
de Activos de
Sistemas de
Control
Mejoramiento
>30%
<10%
3X
% de lazos de control que
operan en AUTO, válvulas y
sensores que no están al
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limite.
Salud de Lazo de Control:
>10%
<1%
10X
>20%
<10%
2X
% de lazos de control que
exceden los limites clave
específicos de la planta.
Oscilaciones Significativas:
% de lazos con oscilaciones
significativas que afectan los
costos y la calidad.
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.
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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.
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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.
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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, nolinealidad, 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 multitendencias, 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.
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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.
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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.
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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™.
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PlantTriage es marca registrada de ExperTune,
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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
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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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