intro

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REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA 
 UNIVERSIDAD DR. RAFAEL BELLOSO CHACÍN 
FACULTAD DE INGENIERÍA 
ESCUELA DE ELECTRÓNICA 
 
 
 
 
 
“” 
 
 
 
 
 
 
SISTEMA DE SUPERVISIÓN REMOTA PARA LA DETECCIÓN DE 
FALLAS EN EL SISTEMA ELÉCTRICO PRINCIPAL DE LAS ESTACIONES 
DE FLUJO DE BLOQUE V LAMAR. CASO PDVSA. 
 
 
 
TRABAJO ESPECIAL DE GRADO COMO REQUISITO PARA OPTAR AL 
TÍTULO DE INGENIERO ELECTRÓNICO 
 
 
 
PRESENTADO POR: 
 
Br. CHACÍN MARTÍNEZ, MARÍA C. 
 
 
 
ASESORADO POR: 
ANTOP. MARTÍNEZ, EDGAR 
ING. ARTEAGA, EXIDA 
ING. GONZÁLEZ, MARÍA E 
 
 
 
 
MARACAIBO, ENERO DE 2003 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
“Sistema de Supervisión Remota para la 
Detección de Fallas en el Sistema Eléctrico 
Principal de las Estaciones de Flujo de Bloque 
V Lamar. Caso PDVSA”. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
DEDICATORIA 
 
A mi Madre, Carlota Martínez, quien con su amor, 
paciencia, dedicación y mucho sacrificio, me ha apoyado 
siempre en todo momento para lograr alcanzar todas y 
cada una de mis metas, y a quien le debo el triunfo en 
cada una de ellas… 
 
Gracias Mami: por todo lo que haces por mi. Te amo. 
 
A mi hermana, María del Rosario, quien ha velado por mi 
bienestar y quien me ha ayudado cada vez que ha sido 
necesario y quien de una u otra manera, a estado 
presente para apoyarme. Gracias hermanita por 
ayudarme. Te quiero mucho, mucho. 
 
 MARIA CARLOTA 
 
 
 
AGRADECIMIENTO 
 
A DIOS, por darme la oportunidad de culminar mis metas, por su 
presencia espiritual, y por transmitirme la fortaleza y la valentía necesaria 
para reponerme en los momentos más difíciles de mi carrera. Gracias Señor 
por estar siempre presente. 
A PDVSA, por permitirme demostrar mis conocimientos en el campo 
laboral, por apoyar y mejorar mis primeras ideas en el campo profesional, y 
por darme la oportunidad de visitar muchas de las instalaciones de la 
empresa que sirvieron de apoyo para la realización de este trabajo de 
investigación. 
Al Ing. MANUEL RAMONES, por su preocupación y por su amplia 
capacidad de guía. Gracias señor Manuel por brindarme su apoyo en esta 
experiencia tan importante. 
Al de la EMPRESA, por ofrecerme su experiencia y por estar siempre 
dispuestos a colaborar con mi trabajo. 
A mi mamá CARLOTA MARTINEZ, quien a entregado los más 
grandes esfuerzos y quien siempre se ha sacrificado para darme una 
excelente educación. Gracias mami por tus esfuerzos, por apoyarme, por 
brindarme todo lo que hasta ahora tengo y por ser lo que hoy soy. Te amo. 
A mi hermana, MARÍA DEL ROSARIO, quien siempre a velado por mi 
bienestar y por ofrecerme su apoyo incondicional. Gracias por quererme 
tanto. 
A mi novio, VIOMAR MARCANO, quien en todo momento a estado 
presente para apoyarme y para darme ánimos en los momentos más 
difíciles, por corregirme y guiarme, y por estar dispuesto a colaborar siempre 
conmigo en todo. 
Al Antrop. EDGAR MARTÍNEZ, por orientarme, por preocuparse por 
mi y darme ánimo con su jovialidad en los momentos más difíciles. 
Al Ing. EXIDA ARTEAGA, por su preocupación y su apoyo, y por 
brindarme su valioso esfuerzo para lograr la culminación de este trabajo. 
Y a todas aquellas personas que de una u otra forma han colaborado 
en la realización de este trabajo de grado. 
 
De todo corazón, hoy les digo a todos, Gracias... 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
INDICE GENERAL 
 
 
 
INDICE GENERAL ............................................................................... Pág. 
VEREDICTO........................………………………………………………. iii 
DEDICATORIA ..................................................................................... iv 
AGRADECIMIENTO. ........................................................................... v 
RESUMEN .........................................................................……………. 
SUMARY.........................................................................…………….... 
vii 
viii 
ÍNDICE GENERAL............................................................................…. ix 
ÍNDICE DE FIGURAS.....................................................................…... xiii 
ÍNDICE DE TABLAS..........................................................................… 
ÍIINDICE DE GRÁFICOS....................................................................... xiv 
 
xiv 
xv 
ÍNDICE DE ANEXOS ............................................................................ xvi 
INTRODUCCIÓN .................................................................................. 1 
 
CAPÍTULO I: EL PROBLEMA 
 
 
A. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA .............................................. 4 
B. OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN ............................................. 7 
1. OBJETIVO GENERAL ............................................................... 7 
2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS ...................................................... 7 
C. JUSTIFICACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN ..................................... 8 
D. DELIMITACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN ...................................… 9 
 
CAPÍTULO II: MARCO TEÓRICO 
 
A. ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACIÓN .................................... 11 
B. FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA ...................................................... 14 
 1. ESTACIONES DE FLUJO…………………………...................... 14 
xv 
 1.1. PROCESO DE PRODUCCIÓN DEL PETRÓLEO............... 16 
2. MEDIDORES ………………………………………………............ 18 
3. SISTEMA DE COMUNICACIÓN DE DATOS DIGITALES....... 18 
4. SISTEMA DE TRANSMISIÓN DE DATOS................................ 22 
4.1. TIPOS DE SINCRONISMO ............................................... 23 
4.2. CARACTERES Y CODIGOS DE REPRESENTACION..... 25 
4.3. DETECCION DE ERRORES ..............................……….... 26 
4.4.CADENA DE BITS, TRAMAS Y VELOCIDAD DE 
TRANSMISION…………………………………………………..... 26 
4.5. PROTOCOLOS DE TRANSMISION.................................. 28 
4.6. REDES ...................................................................………. 37 
5. SISTEMAS DE CONTROL Y SUPERVISION........................... 47 
5.1. SISTEMA DE CONTROL SUPERVISORIO Y 
ADQUISICION DE DATOS (SCADA)................………….......... 50 
5.2. CONTROLADOR LOGICO PROGRAMABLE (PLC).......... 75 
C. DEFINICIÓN DE TÉRMINOS BÁSICOS…………..……………….... 82 
 D. SISTEMA DE VARIABLES............................................................ 100 
 
CAPITULO III. MARCO METODOLÓGICO 
 
A. TIPO DE INVESTIGACION…………………………………………..... 103 
B. RECOLECCION DE DATOS.......................................................... 105 
C. METODOLOGIA APLICADA.............................................……….. 107 
D. EQUIPOS Y MATERIALES UTILIZADOS........................………… 110 
 
CAPITULO IV: RESULTADOS DE LA INVESTIGACIÓN 
 
A. DESCRIPCION DE LA SITUACION ACTUAL...........................….... 113 
 1. SISTEMA ELÉCTRICO................................................................ 114 
 2. COMPONENTES ELÉCTRICOS – ELECTRÓNICOS DE LAS 
ESTACIONES DE FLUJO............................................................ 
 3. REGISTRO DE FALLAS ELÉCTRICAS………………………..... 126 
 4. SISTEMA DE PRODUCCIÓN DE PETRÓLEO………………….. 128 
 5.CONDICIONES METEOROLOGICAS Y AMBIENTALES ……..... 129 
 6. SISTEMA DE TRANSMISIÓN DE DATOS................................... 129 
 7. SISTEMA DE SUPERVISIÓN EXISTENTES ………………......... 136 
 8. EQUIPOS ELECTRÓNICOS EXISTENTES EN CAMPO.….......... 145 
 8.1. ESTACIÓN DE FLUJO 1/5…………………………………....... 146 
 8.2. ESTACIÓN DE FLUJO 9/5…………………………….............. 147 
 8.3. ESTACIÓN DE FLUJO 16/5………......................................... 147 
 8.4. ESTACIÓN DE FLUJO 22/5……………………………………. 149 
RE9. 9. REQUERIMIENTOSTÉCNICOS................................................... 150 
 
9.1. REQUERIMIENTOS DEL PROCESO DE SUPERVISIÓN 
REMOTA........................................................................................ 150 
 9.2.REQUERIMIENTOS FUNCIONALES...................................... 151 
 9.3. REQUERIMEINTOS DE MANTENIMIENTO...........…………. 152 
 9.4. REQUERIMEINTOS PARA LA INSTALACION.....…………… 152 
 10. EVALUACIÓN DE PROPUESTAS.……………………………...... 154 
 10.1. EQUIPOS DE MEDICIÓN…………………………………....... 154 
 10.2. UBICACIÓN DEL EQUIPO DE MEDICIÓN……………......... 169 
 10.3. TRANSMISIÓN DE SEÑALES..………………………............ 170 
 11. SELECCIÓN DE PROPUESTAS…………………………….......... 171 
 11.1. EQUIPO DE MEDICIÓN……………………………………..... 171 
 11.2. UBICACIÓN DEL EQUIPO DE MEDICIÓN………………….. 
 11.3. TRANSMISIÓN DE LAS SEÑALES...................................... 
172 
172 
 12. EVALUACIÓN ECONOMICA……………………........................ 173 
 12.1. METODOLOGÍA PARA LA EVALUACIÓN ECONÓMICA.... 174 
 12.2. INDICADORES ECONÓMICOS............................................ 178 
 13. DISEÑO DEL PROYECTO……………………............................. 193 
 13.1. DISEÑO DEL SISTEMA DE SUPERVISIÓN ……………….. 193 
 13.2. DISEÑO DE ELECTRICIDAD................................................ 199 
 13.3. UBICACIÓN ESPECÍFICA DEL EQUIPO DE MEDICIÓN... 201 
13.4. MATERIALES REQUERIDOS PARA LA CONEXIÓN DEL 
EQUIPO......................................................................................... 201 
CONCLUSIONES.................................................................................. 204 
RECOMENDACIONES.......................................................................... 207 
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS……………………………………… 209 
ANEXOS……………………………….................................................... 213 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ÍNDICE DE FIGURAS 
 
 
FIGURAS .............................................................................………….. Pág. 
Figura # 1. Diagrama de proceso de una Estación de Flujo………….. 15 
Figura # 2. Sistema de Comunicación…………………………………… 21 
Figura # 3. Formato de un caracter asíncrono…………………………. 24 
Figura # 4. Transmisión sincrónica de datos utilizando pulsos de reloj 
separados…………………………………………………………………… 25 
Figura # 5. Esquema de conexión de dos redes de área local con un 
puente local o puente remoto……………………………………………... 45 
Figura # 6. Sistema de Control…………………………………………… 50 
Figura # 7. Despliegues de alarmas……………………………………... 54 
Figura # 8. Unidad Terminal Maestra……………………………………. 58 
Figura # 9. Gabinete de RTU’s y PLC’s…………………………………. 59 
Figura # 10. Principio de operación del sistema SCADA……………… 64 
Figura # 11. Transmisión de ondas hertzianas a través de una 
antena………………………………………………………………………... 67 
Figura # 12. Foto de PLC Alen Bradley…………………………………. 75 
Figura # 13. Módulos de Entrada / Salida en un PLC………………… 79 
Figura # 14. Aislador Opto Electrónico…………………………………. 80 
Figura # 15. Ciclo de Barrido del PLC…………………………………… 82 
Figura # 16. Arquitectura de transmisión de datos de campo. COA El 
Menito…………………………………………………….………………….. 133 
Figura # 17. Rutas en la transmisión de los datos Lagocinco………… 136 
Figura # 18. Arquitectura OASyS………………………………………… 141 
Figura # 19. Subsistema CMX y Operabilidad………………………….. 142 
Figura # 20. Subsistema XIS y Tendencias…………………………….. 143 
Figura # 21. Topología del sistema SCADA OASyS…………………… 144 
Figura # 23. Equipo EVAR ORION-ITALIA……………………………… 156 
Figura # 24. Power Quality Meter Multilin-General Electric…………… 161 
Figura # 25. Electronic Power Meter EPM-General Electric…………... 165 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ÍNDICE DE TABLAS 
 
 
 
TABLAS………………...…………………………………………………... Pág. 
Tabla # 1. Arquitectura de nivel del modelo OSI……………………….. 30 
Tabla # 2. Estadísticas de Fallas Eléctricas de la U.E. Lagocinco del 
año 2002……………………...…………………………………………….. 127 
Tabla # 3. Producción Promedio por Estación de Flujo……………….. 128 
Tabla # 4. Estación de Flujo 1/5………………………………………….. 146 
Tabla # 5. Estación de Flujo 9/5………………………………………….. 147 
Tabla # 6. Estación de Flujo 16/5………………………………………… 147 
Tabla # 7. Estación de Flujo 22/5…………………..…………………….. 149 
Tabla # 8. Diferencias entre EVAR-MULTILIN………………………….. 168 
Tabla # 9. Indicadores Económicos…………………………………….... 187 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ÍNDICE DE GRÁFICAS 
 
Gráfico # 1. Sensibilidad Montecarlo VPN……………………………… 189 
Gráfico # 2. Sensibilidad Montecarlo TIR …………..………………….. 190 
Gráfico # 3. Inversión asociada al proyecto ……………….................. 191 
Gráfico # 4. Costos asociados al proyecto …………………………. 191 
Gráfico # 5. Producción asociada al proyecto …………….. 192 
Gráfico # 6. Precios asociados al proyecto…………………………..... 192 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
INDICE DE ANEXOS 
 
 
ANEXOS…………………………………………………………………….. Pág. 
Anexo # 1. Centro de Operaciones Automatizadas COA……………... 214 
Anexo # 2. Ubicación geográfica satelital de los bloques que 
conforman la Unidad de Explotación Lagocinco………………………… 215 
Anexo # 3. Topología de las redes………….…………………………… 216 
Anexo # 4. Modo en que un puente puede pasar paquetes entre dos 
redes…………………………………………………………………………. 217 
Anexo # 5. Esquema de la operativa de un ruteador………………….. 218 
Anexo # 6. Esquema de la operativa de una compuerta……………… 219 
Anexo # 7. Arquitectura Típica de una remota…………………………. 220 
Anexo # 8. Arquitectura del PLC…………………………………………. 221 
Anexo # 9. Diagramas de Escalera……………………………………… 222 
Anexo # 10. Alimentación eléctrica de las Estaciones de Flujo………. 224 
Anexo # 11. Despliegues eléctricos de las EF’s 1/5, 9/5 y 16/5 
(OFIPET)…………………………………………………………………….. 
225 
Anexo # 12. Despliegues eléctricos de la Sub - estación eléctrica 
HTSS52……………………………………………………………………… 226 
Anexo # 13. Despliegues del Sistema SCADA OASyS. 227 
Anexo # 14. Despliegues del Sistema SCADA OASyS. 228 
Anexo # 15. Modo de comunicación del equipo Multilin. 229 
Anexo # 16. Parte posterior de equipo Multilin. 230 
Anexo # 17. Diagrama de conexión del equipo Multilin con el circuito 
de alimentación eléctrica…………………………………………………... 231 
Anexo # 18. Vista frontal del Equipo Multilin……………………… …… 232 
Anexo # 19. Diagrama de conexionado eléctrico del equipo de 
medición con el circuito de alimentación eléctrica EF 1/5, 9/5 y EF 
16/5…………………………………………………………………………. 234 
RESUMEN 
 
 
Chacín M., María C. Sistema de Supervisión Remota para la 
Detección de Fallas en el Sistema Eléctrico Principal de las 
Estaciones de Flujo de Bloque V Lamar. Caso PDVSA. 
Universidad Dr. Rafael Belloso Chacín, Facultad de Ingeniería, 
Escuela de Electrónica. Trabajo Especial de Grado. Maracaibo, 2002. 
 
 
La investigación tuvo como objetivo el Diseño de la Ingeniería Básica 
para la implantación de la supervisión remota de los Sistemas 
Eléctricos principales de las Estaciones de Flujo de Bloque V-Lamar 
de la Unidad de Explotación Lagocinco, PDVSA Occidente, el cual 
tiene el fin de facilitar y optimizar el proceso productivo, mediante la 
supervisión de cada Estación de Flujo, permitiendo de esta manera, 
tomar mejores decisiones en el menor tiempo posible, al supervisar 
en tiempo real las señales de las fallas detectadas en la instalación. 
Esta investigación se enmarca dentro del tipo descriptiva, aplicada y 
de campo, según su método y propósito. En cuanto a la metodología 
utilizada, ésta fue adaptada por el investigador según los 
requerimientos de la investigación, y tuvo como fase inicial el análisis 
de la situación actual, donde se describe el proceso de alimentación 
eléctrica de las Estaciones de Flujo, las fallas ocurridas 
recientemente yel sistema de supervisión existente actualmente en 
las instalaciones de PDVSA. Como segunda fase, análisis de 
especificaciones técnicas de equipos de medición, donde se 
describen los aspectos técnicos, y operativos de los diferentes 
equipos disponibles en el mercado, para determinar si cumplen con 
los requerimientos mínimos para la transmisión de datos de campo. 
Seguidamente en la tercera fase, se procedió a la evaluación y 
selección de las propuestas que técnica y económicamente hablando 
son más favorables para la Empresa. La cuarta y última fase, 
consistió en el desarrollo de la Ingeniería Básica del proyecto, en la 
cual se establecen las condiciones, parámetros y requerimientos de 
diseño necesarios para la ejecución del proyecto. Al desarrollar estas 
fases se concluyó, la validación del sistema cumpliendo con los 
objetivos propuestos en esta investigación. 
 
 
Palabras Claves: Estación de Flujo, Sistema SCADA, RTU, RS-485, 
Modbus. 
 
 
SUMARY 
 
 
Chacín M., María C. Supervisory Remote System for failure 
Detection in the Main Electrical System of the Stations of Flow of Block 
V Lamar. Case PDVSA. University Dr. Rafael Belloso Chacín. Engineering 
Faculty. Electronic School. Special Work of Degree. Maracaibo, March of 
2003. 
 
 
The investigation had as objective the Design of the Basic Engineering for the 
Statement of the Remote Supervising of the Main Electrical Systems of the 
Stations of Flow of Block V-Lamar of the Unit of Exploitation Lagocinco, 
Occident PDVSA, which has the finality of facilitate and optimize the 
productive process, by the supervision of each Station of Flow, allowing to 
take better decisions in the shortest time possible, supervising in real time the 
signals of the detected failures in the Installation. The investigation is 
descriptive, field and applied type, according to the method and propose. 
According to the used methodology, this one was adapted by the investigator 
according to the requirements of the investigation, and had as a initial phase 
the analysis of the actual situation, the description of the process of electrical 
feeding of the Stations of Flow, the recent failures occurred and the existent 
system of supervising in PDVSA. As second phase, the analyze of the 
technical specifications of measurement equipments, where are described 
the operative and technical aspects of the different equipments available in 
the market, to determine whether they fulfill the least requirements for the 
field data broadcast. Afterwards in the third phase, proceed to the evaluation 
and selection of the proposals, that technically and economically were the 
most favorable to the business. The fourth and the last phase, consisted in 
the development of the Basic Engineering of the project, which establishes 
the conditions, parameters y requirements of design necessary to the 
execution of the project. when this phase was developed was concluded the 
system validation, accomplish with the proposed objectives in this 
investigation. 
 
 
Keywords: Stations of Flow, SCADA System, RTU, RS-485, Modbus. 
 
 
 
 
 
 
 
INTRODUCCIÓN 
 
En PDVSA, la Gerencia de Automatización se encarga de todos los 
proyectos relacionados con la automatización de los procesos, con el fin de 
llegar a una integración de los sistemas de control existentes, logrando de 
esta manera supervisar y controlar todos los procesos a través del Sistema 
de Adquisición de Datos y Control Supervisorio (SCADA). Uno de estos 
proyectos es, implantar la supervisión remota de los sistemas eléctricos 
principales desde las Estaciones de Flujo de la Unidad de Explotación 
Lagocinco hasta el Centro de Operaciones Automatizadas (COA) El Menito. 
Para llegar a esto, se requiere instalar un equipo capaz de medir 
variables eléctricas, tales como: Tensión, Corriente y Potencia, para luego 
enviar estas señales medidas a los Controladores Lógicos Programables 
(PLC’s) de las Estaciones de Flujo y finalmente ser transmitidas al sistema 
SCADA del COA, a través de una unidad de transmisión remota (RTU). Para 
implantar el equipo es necesario evaluar el estado actual del sistema 
eléctrico de las Estaciones de Flujo, analizar las especificaciones de los 
equipos recolectores de datos y diseñar las conexiones requeridas para 
establecer el sistema de monitoreo remoto para cada estación. 
Este trabajo de investigación se desarrolla a través de cuatro 
capítulos, los cuales se mencionan a continuación: 
El primer capítulo, llamado El Problema, plantea el problema objeto 
de la investigación, es decir; la situación actual, describe los síntomas y las 
causas del problema. Se definen los objetivos generales y específicos del 
proyecto, se justifica y se señala la importancia del mismo, así como también 
la delimitación y el alcance del estudio. 
El segundo capítulo, llamado Marco Teórico. Presenta los 
argumentos teóricos necesarios para la investigación, así como la definición 
de algunos términos básicos usados en el desarrollo de este trabajo, 
destacándose los aspectos referidos a los sistemas SCADA, su arquitectura, 
las posibilidades de interconexión en red de los dispositivos que lo integran. 
El tercer capítulo, llamado Marco Metodológico, correspondiente a la 
investigación. Explica el tipo de investigación, las técnicas e instrumentos 
utilizados para la recopilación de información y la descripción de los 
procedimientos para llevar a cabo el proyecto. 
El cuarto capítulo, llamado Resultados de la Investigación, el cual 
describe detalladamente la situación presente en las Estaciones de Flujo que 
conforman la Unidad de Explotación Lagocinco, y se analizan cada una de 
las propuestas planteadas justificando a nivel técnico y económico la 
selección de la alternativa más viable dadas las condiciones de la empresa y 
sus requerimientos, para solucionar la problemática existente.