mario alberto salazar barreto francisco gonzalez buitrago tutor: ing. ricardo pirajan cantillo...
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MARIO ALBERTO SALAZAR BARRETOFRANCISCO GONZALEZ BUITRAGO
TUTOR: Ing. RICARDO PIRAJAN CANTILLO
MODULO DE INSTRUMENTACIÓN VIRTUAL MODULO DE INSTRUMENTACIÓN VIRTUAL PARA TORRES DE PERFORACIÓN PARA TORRES DE PERFORACIÓN
PETROLERAPETROLERA(PROTOTIPO)(PROTOTIPO)
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INTRODUCCIONINTRODUCCION Demanda mundial de EnergíaDemanda mundial de Energía
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OBJETIVO PRINCIPALOBJETIVO PRINCIPAL
*Desarrollar los componentes básicos de la instrumentación virtual, *Desarrollar los componentes básicos de la instrumentación virtual, (hardware y software necesario para mostrar los datos por computador). (hardware y software necesario para mostrar los datos por computador). Monitoreando el comportamiento en condiciones de trabajo de varias Monitoreando el comportamiento en condiciones de trabajo de varias variables utilizadas en las torres de perforación petroleras.variables utilizadas en las torres de perforación petroleras.
OBJETIVOS SECUNDARIOSOBJETIVOS SECUNDARIOS
.Acoplar los diferentes sensores que estarían en el taladro petrolero, bien .Acoplar los diferentes sensores que estarían en el taladro petrolero, bien sea a nivel óptico, mecánico o eléctrico.sea a nivel óptico, mecánico o eléctrico.
*Optimizar los diseños de los diferentes bloques del prototipo en cuanto a *Optimizar los diseños de los diferentes bloques del prototipo en cuanto a minimizar la cantidad de componentes, soporte y calidad para su correcto minimizar la cantidad de componentes, soporte y calidad para su correcto trabajo en condiciones resistentes e independientes a factores climáticos.trabajo en condiciones resistentes e independientes a factores climáticos.
OBJETIVOSOBJETIVOS
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.Implementar los diferentes tipos y protocolos de comunicación entre .Implementar los diferentes tipos y protocolos de comunicación entre microcontroladores (I2C, USB) bien sea para la comunicación y transmisión microcontroladores (I2C, USB) bien sea para la comunicación y transmisión de datos entre ellos o hacia el ordenador; creando una red de dispositivos de datos entre ellos o hacia el ordenador; creando una red de dispositivos configurable y administrableconfigurable y administrable
*Desarrollar el software necesario para recibir datos de la tarjeta y así lograr *Desarrollar el software necesario para recibir datos de la tarjeta y así lograr la instrumentación virtual.la instrumentación virtual.
.Documentar el proyecto con miras de ser soporte para el grupo de .Documentar el proyecto con miras de ser soporte para el grupo de investigación INTEGRA en desarrollo de instrumentos virtuales de este tipo.investigación INTEGRA en desarrollo de instrumentos virtuales de este tipo.
OBJETIVOSOBJETIVOS
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*Falta de innovación tecnológica para Instrumentación Petrolera.*Falta de innovación tecnológica para Instrumentación Petrolera. .Extremados costos para estos dispositivos (Petron Importados).Extremados costos para estos dispositivos (Petron Importados) *Cantidad superior de taladros antiguos y déficit de sistemas de *Cantidad superior de taladros antiguos y déficit de sistemas de
control y monitoreo de datos para ellos.(ECOPETROL Carta control y monitoreo de datos para ellos.(ECOPETROL Carta Petrolera)Petrolera)
.Poca disponibilidad de instrumentación virtual para este fin..Poca disponibilidad de instrumentación virtual para este fin. *Riesgo Industrial por errores humanos o de instrumentos *Riesgo Industrial por errores humanos o de instrumentos
obsoletos.obsoletos.
JUSTIFICACIÓNJUSTIFICACIÓN
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Inducción: De lo Particular a lo GeneralInducción: De lo Particular a lo General WELL LOG - MUD LOGGING - MWD* (Up) - LWD (Down) WELL LOG - MUD LOGGING - MWD* (Up) - LWD (Down)
FUENTES: API(2005),SCHUMBERGER(2006),ROBERTS(1989),PERSON(1982)FUENTES: API(2005),SCHUMBERGER(2006),ROBERTS(1989),PERSON(1982)
INSTRUMENTACION PETROLERAINSTRUMENTACION PETROLERA(DOWNHOLE LOGS) (DOWNHOLE LOGS)
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COMUNICACION 4 – 20---- LAZOS DE COMUNICACION 4 – 20---- LAZOS DE CORRIENTECORRIENTE
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OPTOACOPLADORESOPTOACOPLADORES
Aislamiento Sensores Análogos / Aislamiento Sensores Análogos / DigitalesDigitales
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• Se utiliza tanto para proteger lasEntradas análogas como digitales, debido a que los instrumentos industriales normalmente se alimentan con voltajesde 12 a 24V.• Necesario ya que hay aparatos que utilizan el lazo de corriente, que son inductivos que al encenderse pueden causar unaespecie de corto circuito que puedeperjudicar al sistema en general.
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PSOC PSOC
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¿Se nota la diferencia?Nuevo paradigma de programaciónMicrocontroladores de señal mixtaProgramación Tradicional (en C) + BloquesGráficos
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COMUNICACIONES COMUNICACIONES
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I2C
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INSTRUMENTACIÓN… TRADICIONAL vs VIRTUALINSTRUMENTACIÓN… TRADICIONAL vs VIRTUAL
Fuente: Calderón J. (1998) Instrumentación Virtual. Universidad de los AndesFuente: Calderón J. (1998) Instrumentación Virtual. Universidad de los Andes
INSTRUMENTACION VIRTUALINSTRUMENTACION VIRTUAL
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1212
““Todos para uno y uno paraTodos para uno y uno paratodos”… ¿Todo para todo?todos”… ¿Todo para todo?
FUENTES: NATIONAL INSTRUMENTSFUENTES: NATIONAL INSTRUMENTS
INSTRUMENTACION VIRTUAL (LABVIEW)INSTRUMENTACION VIRTUAL (LABVIEW)
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1313
DIAGRAMA DE BLOQUESDIAGRAMA DE BLOQUES
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PCPC LABVIEW
USB
MAESTRO
Esclavo 1 Esclavo 1 Esclavo 1 Esclavo 1
I2C
Esclavo N:4 Lazos de Corriente
2 Tacometros2 Contadores Up/Down
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Resolución: 19,53 mV/BitResolución: 19,53 mV/BitTACOMETROTACOMETRO Circunferencia=¶*diámetro=CCircunferencia=¶*diámetro=C Encoding arc= ((360º)*(Dist. Encoding))/CEncoding arc= ((360º)*(Dist. Encoding))/C No. Pulsos-Vuelta= 360º/Encoding arcNo. Pulsos-Vuelta= 360º/Encoding arc RPM= (Pulsos/No. Pulsos-Vuelta)*60RPM= (Pulsos/No. Pulsos-Vuelta)*60
CONTADOR UP / DOWNCONTADOR UP / DOWN
SENSORES DIGITALESSENSORES DIGITALES
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TIMER 16CNT 8
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Resolución: 19,53 mV/Bit… Aumentar la resolución hasta Resolución: 19,53 mV/Bit… Aumentar la resolución hasta 0,305mV/Bit…0,305mV/Bit…
TACOMETROTACOMETRO
CONTADOR UP / DOWNCONTADOR UP / DOWN
Glitches… Vibración del taladro Norma ISO 2041.Glitches… Vibración del taladro Norma ISO 2041.Error Solucionado: Se soluciona con Conteo de Pulsos Ascendentes y Error Solucionado: Se soluciona con Conteo de Pulsos Ascendentes y
descendentes,descendentes,Diferente de la AN 2234… Captura mediante “clock” contador (SoloDiferente de la AN 2234… Captura mediante “clock” contador (SoloPulsos ascendentes…)Pulsos ascendentes…)
ERRORES EN SENSORES DIGITALESERRORES EN SENSORES DIGITALES
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Error Solucionado: Ventana de 10 Seg…. Medir periodo del pulso
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SENSORES ANALOGOSSENSORES ANALOGOS
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v in opto acoplador
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
0 5 10 15 20 25
mA
V
V carga
0
0,5
1
1,5
2
2,5
0 5 10 15 20 25
mA
V
V salida conversor
0
0,5
1
1,5
2
0 5 10 15 20 25
mA
Vv salida opto
0
1
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4
5
6
0 5 10 15 20 25
V
mA
A fin de que las entradas al PSoC estuvieran opto acopladas se realizaron las A fin de que las entradas al PSoC estuvieran opto acopladas se realizaron las siguientes etapas en el circuito receptor:siguientes etapas en el circuito receptor:
Amp. de transrresistencia Sumador Opto acopladorAmp. de transrresistencia Sumador Opto acoplador
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LABVIEW + PSOC Flexibilidad “Ilimitada”LABVIEW + PSOC Flexibilidad “Ilimitada”
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¡Todo para todo!¡Todo para todo!
1818
ACOPLAMIENTO MECANICOACOPLAMIENTO MECANICO
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1919
INTERCOMUNICACION..INTERCOMUNICACION..
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Lazo de Corriente (4
– 20 mA)
I2C (400 Kb)
RS 232(38,4Kb)USB CDC (38,4K-1,2Mb)
Esclavo Dirección de Esclavo
1 64
2 65
3 66
4 67
2020
DOCUMENTACION DEL PROYECTODOCUMENTACION DEL PROYECTO
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http://www.instrumentaciongz.wikispaces.com
2121
OPTIMIZACION / TEMPERATURAOPTIMIZACION / TEMPERATURA
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2222
SOFTWARESOFTWARE
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Requisitos del Computador:Sistema Operativo
Windows XP Service Pack 3Antivirus Actualizado
(Avira Antivirus)Memoria RAM: 512Mb
Procesador: Pentium IV 2,4 Ghz.
V.1.0
V.2.0
Petrocom GZ
2323
Se puede competir en un futuro en Instrumentos MWD/LWD.Se puede competir en un futuro en Instrumentos MWD/LWD. El microcontrolador PsoC es excelente para adquirir los datos (2 o El microcontrolador PsoC es excelente para adquirir los datos (2 o
mas contadores, múltiples comunicaciones, etc).mas contadores, múltiples comunicaciones, etc). No es necesario realizar comunicación USB de tipo BULK ya que No es necesario realizar comunicación USB de tipo BULK ya que
es mas fácil hacer full duplex con una comunicación USB CDC.es mas fácil hacer full duplex con una comunicación USB CDC. Las torres de perforación petrolera son excelentes para modelar Las torres de perforación petrolera son excelentes para modelar
diferentes datos con una sola aplicacióndiferentes datos con una sola aplicación Combinación PsoC + Labview mas flexible barata y facil de Combinación PsoC + Labview mas flexible barata y facil de
actualizar que instrumentación tradicional.actualizar que instrumentación tradicional.
CONCLUSIONESCONCLUSIONES
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Este fue un primer paso hacia el nuevo paradigma de instrumentaciónEste fue un primer paso hacia el nuevo paradigma de instrumentación
virtual dinámica, barata y de innovación para taladros petroleros… virtual dinámica, barata y de innovación para taladros petroleros… Vinculación REAL universidad - empresaVinculación REAL universidad - empresa
Implementación no solo de datos MWD sino además Mudlogging y Implementación no solo de datos MWD sino además Mudlogging y LWD.LWD.
Aplicación en una torre petrolera real.Aplicación en una torre petrolera real. Exportar datos en HTML.Exportar datos en HTML. Control y Automatización de Torre Petrolera, Geotérmica o similarControl y Automatización de Torre Petrolera, Geotérmica o similar
TRABAJO FUTUROTRABAJO FUTURO
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NORMASNORMAS ISO/TC 67/SC 6: Materiales, Equipamiento y Estructuras para Empresas petroleras. Equipo de Sistemas y
Procesamiento NORMA NTC – OHSA 18001, NTC 2041, NTC 8094
INFOGRAFIAINFOGRAFIA [1] AMERICAN PETROLEUM INSTITUTE (API), “Specification for Rotary Drilling Equipment (SPEC 7)”.Washington [1] AMERICAN PETROLEUM INSTITUTE (API), “Specification for Rotary Drilling Equipment (SPEC 7)”.Washington
D.C. EEUU 1965D.C. EEUU 1965 [2]Ashby, Robert. [2]Ashby, Robert. “Designer’s Guide to the Cypress PSoC™”. “Designer’s Guide to the Cypress PSoC™”. Newness, 2 Edición EEUU; 2005Newness, 2 Edición EEUU; 2005 [3] Bentley B, John P. “Sistemas de Medición Principios y Aplicaciones”, Primera Edición español. Compañía editorial [3] Bentley B, John P. “Sistemas de Medición Principios y Aplicaciones”, Primera Edición español. Compañía editorial
Continental, México. 1996Continental, México. 1996 [4] Calderón J. Instrumentación Virtual. Universidad de los Andes. Maracaibo Venezuela. 1998[4] Calderón J. Instrumentación Virtual. Universidad de los Andes. Maracaibo Venezuela. 1998 [5] Creus Sole, Antonio, “Instrumentación Industrial”; Marcombo, 5 edición, España, 1999.[5] Creus Sole, Antonio, “Instrumentación Industrial”; Marcombo, 5 edición, España, 1999. [6]ECOPETROL. “Petróleo en Colombia”, Bogotá Colombia. 1999[6]ECOPETROL. “Petróleo en Colombia”, Bogotá Colombia. 1999 [7]ECOPETROL. “Sistemas de MWD/LWD en Colombia” Revista Carta petrolera. Junio 2005[7]ECOPETROL. “Sistemas de MWD/LWD en Colombia” Revista Carta petrolera. Junio 2005 [8] Instrumentation Reference and Catalogue. National Instruments. USA. 1997.[8] Instrumentation Reference and Catalogue. National Instruments. USA. 1997. [9] Jacob, Michael; “Industrial Control Electronics”; Pretince Hall; Toronto 1996[9] Jacob, Michael; “Industrial Control Electronics”; Pretince Hall; Toronto 1996 [10] Maloney Timothy “Electrónica Industrial Moderna”; Pretince Hall, Barcelona, España, 2002.[10] Maloney Timothy “Electrónica Industrial Moderna”; Pretince Hall, Barcelona, España, 2002. [11]Mian, Mohammed A. Petroleum Engineering Handbook for the practicing Engineering: Volume 1. Penn Well 1992[11]Mian, Mohammed A. Petroleum Engineering Handbook for the practicing Engineering: Volume 1. Penn Well 1992 [12]Person, A J. Miscellaneous Well Logs. University Of Texas. [12]Person, A J. Miscellaneous Well Logs. University Of Texas. EEUU .1982EEUU .1982 [13] Plaza Prada, Ricardo; “Instrumentación Industrial: Sistema de Medición y Control Automático, curso general”; México, [13] Plaza Prada, Ricardo; “Instrumentación Industrial: Sistema de Medición y Control Automático, curso general”; México,
1990.1990.
REFERENCIASREFERENCIAS
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GRACIAS!!!GRACIAS!!!¿PREGUNTAS PARA QUE?¿PREGUNTAS PARA QUE?
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