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UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA EQUINOCCIAL
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERÍA E
INDUSTRIAS
CARRERA DE INGENIERÍA MECATRÓNICA
DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA DE
MONITOREO Y CONTROL DE UNA UNIDAD DE SLICKLINE
DE LA COMPAÑÍA DYGOIL CIA. LTDA.
TRABAJO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE
INGENIERO EN MECATRÓNICA
ROMMEL DANIEL PARRA PACHECO
DIRECTOR: PHD. VLADIMIR BONILLA
Quito, Junio 2016
© Universidad Tecnológica Equinoccial. 2016
Reservados todos los derechos de reproducción
FORMULARIO DE REGISTRO BIBLIOGRÁFICO
PROYECTO DE TITULACIÓN
DATOS DE CONTACTO
CÉDULA DE IDENTIDAD: 1724268865
APELLIDO Y NOMBRES: PARRA ROMMEL DANIEL
DIRECCIÓN: PUSUQUI – PEDRO PORRAS Y ANOTNIO
SANTIANA LT. 245 URB. SAN GREGORIO
EMAIL: [email protected]
TELÉFONO FIJO: 3430199
TELÉFONO MOVIL: 0999167306
DATOS DE LA OBRA
TITULO:
DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN
SISTEMA DE MONITOREO Y CONTROL DE
UNA UNIDAD DE SLICKLINE DE LA
COMPAÑÍA DYGOIL CIA. LTDA.
AUTOR O AUTORES: PARRA ROMMEL DANIEL
FECHA DE ENTREGA DEL
PROYECTO DE TITULACIÓN: 10 de Junio 2016
DIRECTOR DEL PROYECTO DE
TITULACIÓN: PHD. VLADIMIR BONILLA
PROGRAMA PREGRADO POSGRADO
TITULO POR EL QUE OPTA: INGENIERO EN MECATRÓNICA
RESUMEN: Mínimo 250 palabras
El presente trabajo describe el proceso de diseño
e implementación de un sistema de control y
monitoreo de una Unidad de Slickline de la
Compañía Dygoil, que consiste en cuantificar la
distancia y velocidad a la que se desenrolla el
cable de acero de la mencionada unidad que
garantice la lectura de datos durante las
operaciones en los pozos petroleros. Debido al
crecimiento del sector industrial y entre ellos el
petrolero, ha conllevado a empresas nacionales a
modernizar sus equipos para entrar en
competitividad. Actualmente las Unidades de
X
Slickline poseen un contador de distancia
análogo y que en ocasiones presenta falla debido
al desgaste de sus piezas mecánicas, tomando
en cuenta que el mismo se encuentra fuera de la
cabina del operador, y existe dificultad de
visualización cuando existe lluvia o salpicaduras
de crudo. Con estos precedentes se planteó la
posibilidad de automatizar este sistema
implementando un Microcontrolador, para la
toma, procesamiento y envío de datos;
conjuntamente con un sensor magnético
industrial capaz de soportar situaciones hostiles
como sol, polvo, lluvia, crudo y la temperatura
ambiente de la Región Amazónica. Un HMI que
consta de un panel LCD, para la visualización de
los datos, un teclado para el ingreso de la
distancia deseada y un servomotor que dará el
sentido de giro y la velocidad del cable; además
de cuantificar la distancia se muestra también la
velocidad y un módulo WiFi que garantiza el
envío de datos a un dispositivo móvil para la
supervisión de las operaciones fuera de la cabina
del operador.
PALABRAS CLAVES:
DYGOIL, SLICKLINE, WIRELINE, CABLE DE
ACERO, CONTADOR DIGITAL, ARDUINO YÚN,
SENSOR MAGNÉTICO, SERVOMOTOR
INDUSTRIAL
ABSTRACT:
This paper describes the design process and
implementation of a system which controls and
monitors a Slickline Unit of Dygoil Company, that
is used to measure the distance and speed at
which the steel cable of the unit unrolls that
ensures accurate data reading during operations
in oil wells. The growth of the industrial sector,
including of course the oil sector, has caused
national companies to modernize their equipment
in order to be competitive with today’s modern
machinery. Currently, the Slickline Units possess
i
ÍNDICE DE CONTENIDOS
PÁGINA
RESUMEN …………………………………………………………………………vii
ABSTRACT……………………………………………………………..…………viii
1. INTRODUCCIÓN……………………………………………………………... 1
2. MARCO TEÓRICO ...................................................................................4
2.1. UNIDAD DE ANÁLISIS DE LA COMPAÑÍA DYGOIL CÍA. LTDA…... 4
2.2. ESTADO DEL ARTE ……………………………………………………..5
2.2.1. TIPOS DE UNIDADES DE SLICKLINE ………………………….7
2.3. SISTEMA DE CONTROL ………………………………………………10
2.4. SISTEMA DE RECEPCIÓN DE DATOS ……………………………..14
2.4.1. SENSORES ……………………………………………………….14
2.5. SISTEMA HMI …………………………………………………………...16
2.6. SISTEMA DE COMUNICACIÓN ………………………………………16
2.6.1. PROTOCOLOS DE COMUNICACIONES INDUSTRIALES ….17
2.6.1.1. Redes Lan ……………………………………………………18
2.6.1.2. Red WLAN o WiFi…………………………………………… 18
3. METODOLOGÍA .....................................................................................20
3.1. METODOLOGÍA EN “V” ………………………………………………..20
3.1.1. DISEÑO DE CONTROL ………………………………………….22
3.1.2. DISEÑO ELÉCTRICO (ALIMENTACIÓN DE VOLTAJE) …….22
3.1.3. DISEÑO MECÁNICO …………………………………………….22
3.1.4. CASA DE CALIDAD ……………………………………………...23
3.2. SELECCIÓN DE ELEMENTOS Y MATERIALES ……………………25
3.2.1. SISTEMA ELECTRÓNICO ………………………………………25
3.2.1.1. Módulo de Control …………………………………………..26
3.2.1.2. Sensor ………………………………………………………...26
3.2.1.3. HMI ……………………………………………………………27
4. DISEÑO………………………………………………………………………. 29
4.1. DISEÑO DE SISTEMA DE CONTROL ……………………………….29
ii
4.1.1. CONFIGURACIÓN DEL MÓDULO ARDUINO YÚN Y
CONFIGURACIÓN DEL SERVIDOR WEB …………………….36
4.1.1.1. Configuración del Módulo de Control Arduino Yún ………36
4.1.1.1.1. PuTTY……...………………………………………36
4.1.1.1.2. WinSCP………...………………………………….37
4.1.1.2. Configuración del Microcontrolador como Servidor Web..38
4.1.1.2.1. Modificación del Fichero PHP.INI……………….38
4.1.1.3. Programación ………………………………………………...39
4.1.1.3.1. Declaración de Librerías y Configuración……...39
4.1.1.3.2. Programa de Servidor Web……………………...40
4.1.1.3.3. Programa de Control Distancia………………….40
4.1.1.3.4. Programa de Control de Velocidad………...…...40
4.1.1.3.5. Programa Control Servomotor…………………..41
4.2. DISEÑO SISTEMA ELÉCTRICO ……………………………………...42
4.3. DISEÑO SISTEMA MECÁNICO ………………………………………43
4.4. ANÁLISIS DE COSTOS ………………………………………………..44
4.5. CONSTRUCCIÓN Y MONTAJE ………………………………………45
4.5.1. SISTEMA MECÁNICO ……………………………………………45
4.1.1.4. Acople del Sensor Magnético ………………………………45
4.1.1.5. Acople de Sistema de Decremento ………………………..47
4.5.2. SISTEMA DE CABLEADO Y PROTECCIÓN ………………….48
5. ANÁLISIS DE RESULTADOS……………………………………………...54
6. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES .........................................54
BIBLIOGRAFÍA ………………………………………………………………59
GLOSARIO ……………………………………………………………....…...62
ANEXOS….…………………………………………………………………...63
iii
ÍNDICE DE TABLAS
PÁGINA
Tabla 3.1 Casa de Calidad del Diseño del Sistema………………………….. 24
Tabla 3.2 Criterios de Ingeniería ………………………………………………25
Tabla 3.3 Comparación de Módulos de Control ………………………………26
Tabla 3.4 Selección de Sensor …………………………………………………27
Tabla 3.5 Selección de HMI …………………………………………………….28
Tabla 4.1 Especificaciones Técnicas del Arduino Yún ………………………33
Tabla 4.2 Aplicación de servomotor en la Industria ………………………….36
Tabla 4.3 Costo de Materiales para Construcción de Sistema ……………..44
Tabla 5.1 Prueba General del Sistema ……………………………………….56
iv
ÍNDICE DE FIGURAS
PÁGINA
Figura 2.1 Malacate de la Unidad de Slickline…………………………………. 5
Figura 2.2 Cable de acero liso de 0,108" ……………………………………….6
Figura 2.3 Cable trenzado de Acero de 3/16" ………………………………….6
Figura 2.4 Unidad de Slickline remolcada por un camión …………………….7
Figura 2.5 Unidad de Slickline incorporada en un camión ……………………8
Figura 2.6 Unidad de Slickline Autopropulsada ……………………………….9
Figura 2.7 Camión Torre (Unidad de Slickline de apoyo) ……………………10
Figura 2.8 Ejemplo de Sistema de Control ……………………………………11
Figura 2.9 Sistema de control de lazo abierto ………………………………..12
Figura 2.10 Sistema de Control de Lazo Cerrado ……………………………12
Figura 2.11 Interpretación de un Sensor ………………………………………14
Figura 2.12 Sistema de Medida ………………………………………………..15
Figura 3.1 Metodología en “V” del Diseño del Sistema ………………………20
Figura 3.2 Estructura Básica del Sistema …………………………………….21
Figura 4.1 Diagrama de Bloques de Sistema de Control ……………………29
Figura 4.2 Flujograma de Funcionamiento ……………………………………30
Figura 4.3 Diagrama Electrónico ……………………………………………….31
Figura 4.4 Diagrama Esquemático del Arduino Yún …………………………32
Figura 4.5 Sensor Magnético AECO SI12-CE4 NPN NO H …………………33
Figura 4.6 LCD 16 x 2 …………………………………………………………..34
Figura 4.7 Teclado de 4 x 4 …………………………………………………….35
Figura 4.8 Sistema de Sensado ………………………………………………..40
Figura 4.9 Ángulo de Giro del Servomotor ……………………………………42
Figura 4.10 Conversor LM2596 / 12V DC a 5V DC ………………………….42
Figura 4.11 Diagrama Eléctrico ………………………………………………..43
Figura 4.12 Varilla soldada con Suelda Oxiacetilénica en Polea Principal ..46
Figura 4.13 Placa de Perfil de 5/32’’ para soporte de Sensor Magnético ….46
Figura 4.14 Soporte para Fin de Carrera ……………………………………...47
Figura 4.15 Mecanismo en Eje Principal con Soldadura Oxiacetilénica …..48
v
Figura 4.16 Sensor Magnético con su terminal respectivo ………………….48
Figura 4.17 Sensor Magnético cubierto con espagueti termo-retráctil ……..49
Figura 4.18 Ponchado de Terminales con Molex de 2 Pines y Terminales
TFA ¼ L ……………………………………………………………………………49
Figura 4.19 Switch de encerar soldado con estaño ………………………….50
Figura 4.20 Construcción de Caja para LCD y Placa ………………………..50
Figura 4.21Caja terminada para LCD y Placa ……………………………….51
Figura 5.1 Placa y elementos en la cabina del operador (Primera Prueba) .52
Figura 5.2 Sensor expuesto a la intemperie (Segunda Prueba) ……………53
Figura 5.3 Funcionamiento del sistema en el pozo Shushufindi 135D
manipulado por el operador (Tercera Prueba) ………………………………..53
Figura 5.4 Contador en funcionamiento conjuntamente con el dispositivo
enlazado al servidor ……………………………………………………………...54
Figura 5.5 Página Web del Sistema en funcionamiento …………………….55
vi
ÍNDICE DE ANEXOS
PÁGINA
ANEXO 1…………………………………………………………………….
Especificaciones Sensor Magnético AECO SI12-CE4 NPN NO H
63
ANEXO 2……………………………….……………………………...........
Características técnicas del Servomotor CGE16-2518 y Encoder
EHM12-3F
65
ANEXO 3…………………………………………….………………...........
Configuración del Módulo Arduino Yún y Configuración del Servidor
Web
67
ANEXO 4……………………………………………….……………...........
Planos Sistema Mecánico
75
ANEXO 5……………………………………………………………............
Diagrama de Procesos
79
ANEXO 6…………………………………………………………………….
Propiedades de Material ALUCOBOND (ACM)
80
ANEXO 7…………………………………………………………………….
Manual de Mantenimiento
82
vii
RESUMEN
El presente trabajo describe el proceso de diseño e implementación de un
sistema de control y monitoreo de una Unidad de Slickline de la Compañía
Dygoil, que consiste en cuantificar la distancia y velocidad a la que se
desenrolla el cable de acero de la mencionada unidad que garantice la
lectura de datos durante las operaciones en los pozos petroleros. Debido al
crecimiento del sector industrial y entre ellos el petrolero, ha conllevado a
empresas nacionales a modernizar sus equipos para entrar en
competitividad. Actualmente las Unidades de Slickline poseen un contador
de distancia análogo y que en ocasiones presenta falla debido al desgaste
de sus piezas mecánicas, tomando en cuenta que el mismo se encuentra
fuera de la cabina del operador, y existe dificultad de visualización cuando
existe lluvia o salpicaduras de crudo. Con estos precedentes se planteó la
posibilidad de automatizar este sistema implementando un Microcontrolador,
para la toma, procesamiento y envío de datos; conjuntamente con un sensor
magnético industrial capaz de soportar situaciones hostiles como sol, polvo,
lluvia, crudo y la temperatura ambiente de la Región Amazónica. Un HMI que
consta de un panel LCD, para la visualización de los datos, un teclado para
el ingreso de la distancia deseada y un servomotor que dará el sentido de
giro y la velocidad del cable; además de cuantificar la distancia se muestra
también la velocidad y un módulo WiFi que garantiza el envío de datos a un
dispositivo móvil para la supervisión de las operaciones fuera de la cabina
del operador.
viii
ABSTRACT
This paper describes the design process and implementation of a system
which controls and monitors a Slickline Unit of Dygoil Company, that is used
to measure the distance and speed at which the steel cable of the unit unrolls
that ensures accurate data reading during operations in oil wells. The growth
of the industrial sector, including of course the oil sector, has caused national
companies to modernize their equipment in order to be competitive with
today’s modern machinery. Currently, the Slickline Units possess an
analogue distance counter and sometimes presents failure due to the
deterioration of mechanical parts, taking into account that it is out of the
operator's control cabin, and there is also viewing difficulties when it rains or
splashing oil occur. With these precedents can automate this system
implementing a Microcontroller, for reading, processing and sending the data
collected; altogether with an industrial magnetic cable capable of
withstanding hostile situations such as: dust, scorching sun, rain, raw oil and
the local temperature of the Amazon Region. An HMI consisting of an LCD
panel, for displaying data, a keyboard for entering the desired distance and a
servomotor which gives the direction of rotation and speed of the cable; in
addition to quantifying the distance traveled, speed is shown on the LCD
panel and also comes with a WiFi module that is used to connect any mobile
device and monitor operations outside the operator's control cabin.
1. INTRODUCCIÓN Chapter 1 1
1
Hoy en día la automatización ha sido inmersa en todos los campos de la
industria, beneficiándose el ser humano para mejoramiento de procesos,
reducción de tiempo, elevación de producción, entre otros, siendo estos
cada vez más sofisticados. Un término muy utilizado en estos últimos años
es el de la “Innovación” que hace referencia al desarrollo de nuevas
tecnologías, optimización y mejora de procesos, siendo estos más sencillos
y reflejando resultados de eficiencia, productividad, calidad y reducción de
tiempo.
Es por ello que van de la mano estos dos términos tanto la automatización
como la innovación van enfocados a la mejora de procesos y creación de
nuevos sistemas.
El campo petrolero ha sido uno de los sectores donde se ha implementado la
automatización en varios procesos, reflejando resultados positivos entre
ellos la protección del medio ambiente, que hoy en día es primordial en la
ejecución de cualquier proyecto, la ingeniería como tal ha revolucionado
cada uno de las áreas de este sector, con la asociación de algunos campos
ingenieriles como son la mecánica, la electrónica, computación y control, se
dio paso a la denominada Ingeniería Mecatrónica que ha venido a dar un
giro y más apertura para el desarrollo de nuevas tecnologías y mejoras en
los procesos como se ha mencionado.
Siendo extenso el campo del petróleo, existe un sin número de elementos
que involucran operaciones tanto de extracción así como su almacenamiento
y posterior envío a las diferentes plantas para su debido tratamiento, todos
estos procesos involucran una serie de elementos mecánicos, electrónicos,
neumáticos, hidráulicos, etc., que interactúan entre sí para llevar a cabo
cada operación.
Es por ello imprescindible realizar una automatización y una mejora en las
unidades que operan, generando un mejor control y monitoreo del trabajo
Para lograr lo descrito anteriormente se plantean los siguientes objetivos.
2
Para el desarrollo e implementación de este sistema se plantea el siguiente
objetivo general.
Diseñar e implementar un Sistema de Control y Monitoreo del cable de acero
para diferentes operaciones de reacondicionamiento de pozos petroleros en
una unidad de Slickline de la compañía Dygoil Cía. Ltda.
Las operaciones de Slickline se realizan a diario en pozos petroleros, ya que
es el inicio para posteriores operaciones de mantenimiento, control y
limpieza.
Una parte vital dentro de todo el proceso de la operación es de la experticia
y las herramientas que se disponen para el desarrollo, entre ellos, se
encuentra varios indicadores para el control de peso, tensión, reguladores de
presión, mandos de bloqueo, y distancia.
Existe un medidor de distancia análogo en las Unidades de Slickline, situado
fuera de la cabina del operario, y en las condiciones climáticas que se
desarrolla estas actividades existe empañamiento de los indicadores o
esfuerzo para la visualización por parte del operario debido a la distancia, es
por ello la gran necesidad de realizar una mejora a este inconveniente.
Un indicador LCD dentro de la cabina asegurará la fiabilidad de la distancia
recorrida conjuntamente con la velocidad, adicional contará con
comunicación WiFi para cualquier dispositivo que tenga la capacidad de
conectarse al servidor.
Con estos precedentes se plantea los siguientes objetivos específicos:
Diseñar e implementar el sensor de distancia y velocidad de recorrido
del cable de acero de la Unidad de Slickline, utilizado para la sujeción
de herramientas en operaciones dentro de los pozos petroleros.
Desarrollar el servidor web y página web del módulo principal para
visualizar la distancia recorrida y velocidad.
Validar el funcionamiento del sensor.
3
La implementación de este dispositivo se lo va a realizar en la Unidad de
Slickline WU-07 de la Compañía Dygoil Cía. Ltda., mencionada unidad se
encuentra en Tarapoa en los campos Marian y Fanny.
2. MARCO TEÓRICO Chapter 2 2
4
2.1. UNIDAD DE ANÁLISIS DE LA COMPAÑÍA DYGOIL CÍA.
LTDA.
Dygoil Consultoría y Servicios Petroleros Compañía Limitada es una
empresa ecuatoriana, fundada en 1986, brindando Servicios de Cable de
Acero (Wireline/Slickline), Servicio de Reacondicionamiento de Pozos
(Workover), Servicios Técnicos Especializados y Servicios Integrados de
Exploración y Explotación de Campos Petroleros, todo esto ha conllevado a
convertirse en una empresa sólida en el mercado nacional, ofreciendo
confianza y eficiencia.
Con la renovación de los equipos y la adquisición de nueva tecnología se ha
mejorado continuamente los servicios, conjuntamente con la adquisición de
certificaciones de Gestión de Calidad, Gestión Ambiental y Gestión de
Seguridad y Salud en el Trabajo, todo esto ha contribuido a tener la
confiabilidad de los clientes brindando, servicios de alta calidad cuidando el
medio ambiente y estricto control de seguridad.
Dygoil es una empresa cien por ciento ecuatorianas, dedicadas a prestar
servicios petroleros con los más altos estándares de calidad, protección
ambiental, seguridad y salud ocupacional, para mantener clientes
plenamente satisfechos con nuestro lema “LA EXCELENCIA EN EL
SERVICIO”.
A continuación se describe la Misión y Visión establecida por sus fundadores
Ing. César Guerra N. e Ing. Mauro Dávalos C.
MISIÓN
Ser una compañía Líder en Servicios Petroleros en el Ecuador ampliando su
ámbito empresarial y utilizando las mejores y últimas tecnologías.
5
VISIÓN
Por lo expuesto anteriormente, en base a la adquisición de nueva tecnología
y mejora de equipos, se ha planteado este proyecto con miras a la mejor de
los servicios que ofrece la compañía.
2.2. ESTADO DEL ARTE
Wireline es una tecnología que consiste en utilizar un cable para bajar
equipos o dispositivos sofisticados de medición a un pozo petrolero para
intervenciones de predicción y evaluación del yacimiento.
Figura 2.1 Malacate de la Unidad de Slickline
Mientras que las operaciones de Slickline involucran tareas de
mantenimiento, como la eliminación de cera, sarro, arena y acumulaciones
de relleno; la terminación del flujo y la instalación de empaquetaduras
hidráulicas mediante tapones de sellado, corte de sondas, colocación o
retirada de tapones, despliegue o retirada de cables o válvulas
desmontables y el registro en memoria de datos procedentes del fondo de la
perforación mediante registradores de memorias de producción (MPLT) y
cámaras de visualización de la perforación.
6
Las Unidades de Slickline están constituidas principalmente por la cabina del
operario y por un malacate como se muestra en la figura 2.1, adicional
dispuesto por dos rodillos donde se alojan dos cables de acero desplazados
por un sistema mecánico de cadena y catalinas.
Figura 2.2 Cable de acero liso de 0,108"
Estas unidades funcionan por medio de un motor a diesel, tal cual un camión
con la particularidad de poseer sistemas hidráulicos para tensionar los a
operación cables de acero durante una operación.
En la figura 2.2 se muestra el carreto con una línea (cable de acero) de
0.108" con una distancia de 18000 pies (5500 m. aproximadamente) el cual
es liso y el más utilizado para bajar herramientas no muy pesadas.
Figura 2.3 Cable trenzado de Acero de 3/16"
7
En la figura 2.3 se muestra el otro carreto que dispone de una línea trenzada
de 3/16" de 18000 pies, utilizado para trabajos con mayor tensión en el cable
de acero, donde es necesario mantener la precisión y velocidad baja al
descender o subir herramientas.
2.2.1. TIPOS DE UNIDADES DE SLICKLINE
El servicio de Slickline se lo realiza conjuntamente con la Torre de Workover
(Torre de Reacondicionamiento), que sirve de apoyo para introducir las
herramientas y proporcionar el Servicio de Slickline, caso contrario se lo
realiza con un vehículo de apoyo denominado Camión Torre.
La Compañía Dygoil cuenta con tres tipos de unidades de Slickline y
adicional Camión Torre de Slickline.
UNIDAD SLICKLINE REMOLCADA (ARRASTRE)
Esta unidad se encuentra montada sobre una plataforma, como se indica en
la figura 2.4, esta es arrastrada por un camión adaptado mediante un cuello
de ganso propia de la plataforma para engancharse al camión y por ende
posee varias ventajas y desventajas.
Figura 2.4 Unidad de Slickline remolcada por un camión
8
Ventajas
Se puede desanclar la unidad de Slickline permitiendo al camión
realizar otras tareas de adquisición de materiales, realizar viajes
adicionales para el abastecimiento de combustible o en sí adquisición
de repuestos.
En la cuestión de mantenimiento se las puede desanclar y el camión
puede brindar soporte para otra unidad.
Desventajas
Difícil de maniobrar en campos a desnivel, en lomas o en sitios
pantanosos, donde el operario necesita de experticia y un ayudante
para cuadrar la plataforma.
UNIDAD SLICKLINE INCORPORADA
Esta unidad cuenta con la unidad de Slickline montada en la plataforma del
camión, es decir se encuentra sobre el chasis, como se muestra en la figura
2.5.
Figura 2.5 Unidad de Slickline incorporada en un camión
9
Ventajas
Mejor maniobrabilidad para situar la unidad para el respectivo trabajo.
Desventajas
Esta unidad debe contar con un vehiculó de apoyo (camioneta) para
realizar tareas de abastecimiento a la unidad.
UNIDAD SLICKLINE AUTOPROPULSADA
Como su nombre lo indica, estas unidades cuentan con la unidad de
Slickline de forma compacta con el vehículo que los transporta, y está
dispuesto por una cabina que cubre en la totalidad toda la Unidad de
Slickline como se indica en la figura 2.6.
Figura 2.6 Unidad de Slickline Autopropulsada
La gran ventaja de esta unidad compacta es que tiene la facilidad de
parquearse en terrenos a desnivel.
10
CAMIÓN TORRE DE SLICKLINE (VEHÍCULO DE APOYO)
Este camión es un vehículo de apoyo para las operaciones de Slickline
cuando los pozos no disponen de camión de Workover.
Figura 2.7 Camión Torre (Unidad de Slickline de apoyo)
Provisto de un mástil de aproximadamente 30 metros, y cables de acero que
se eleva por medio de mecanismos hidráulicos-eléctricos, proporcionando la
elevación y la suspensión de los lubricadores durante toda la operación en el
pozo petrolero, como se muestra en la figura 2.7.
En base a lo expuesto, y conociendo las características es necesaria la
implementación de este sistema de monitoreo y control para las Unidades de
Slickline de la Compañía Dygoil.
2.3. SISTEMA DE CONTROL
Un sistema de control está definido como un conjunto de componentes que
pueden regular su propia conducta o la de otro sistema con el fin de lograr
un funcionamiento predeterminado.
Conseguir las salidas deseadas es el objetivo primordial de cualquiera de
estos sistemas, su diseño está basado en las entradas con el fin que al
11
momento de la configuración o modificación de parámetros establecidos en
la planta original, las señales principales vuelvan al estado normal, sin
importar variación alguna, como se muestra en la figura 2.8.
Un sistema de control se puede considerar como una caja negra que sirve
para controlar la salida de un valor o secuencias de valores determinados
(Bolton W., 2008).
Figura 2.8 Ejemplo de Sistema de Control
(Bolton W., 2008)
Las características principales de un sistema de control son:
Señal de entrada: estimulo por un sistema externo.
Señal de salida: respuesta obtenida por el sistema.
Variable manipulada: elemento que se puede modificar la magnitud.
Variable controlada: elemento que se desea controlar.
Fuente de energía: entrega la energía necesaria para generar
cualquier tipo de actividad dentro del sistema.
SISTEMA DE CONTROL DE LAZO ABIERTO
Es aquel sistema en que solo actúa el proceso sobre la señal de entrada y
da como resultado una señal de salida independiente, esta acción no se ve
afectada o influenciada por el efecto de salida, como se indica en la figura
2.9.
12
Figura 2.9 Sistema de control de lazo abierto
(Bolton W., 2008)
Estos sistemas se caracterizan por:
Sencillos y de fácil conceptos.
Nada asegura su estabilidad ante una perturbación.
La salida no se compara con la entrada.
Es afectado por las perturbaciones.
La precisión depende de la previa calibración del sistema.
SISTEMA DE CONTROL DE LAZO CERRADO
Son aquellos sistemas en los que la acción de control está en función de la
señal de salida, es decir, la acción de control si es influenciada por la salida
debido a que existe una retroalimentación del sistema.
Figura 2.10 Sistema de Control de Lazo Cerrado
(Bolton W., 2008)
13
Sus características son:
Complejos, pero amplios de parámetros.
La salida se compara con la entrada y afecta para el control del sisea.
Estos sistemas se caracterizan por su propiedad de retroalimentación.
Más estable a perturbaciones y variaciones internas.
La retroalimentación es una relación secuencial de causas y efectos entre
las variables del sistema, dependiendo de la acción correctiva que tome el
sistema, este puede apoyar o no una decisión, como se muestra en la figura
2.10.
El proyecto a desarrollarse será un sistema de control en lazo cerrado, dado
que la señal de salida tendrá retroalimentación, comparando la señal
sensada con el valor ingresado, para la respectiva toma de decisiones del
servomotor en la palanca del operario.
SISTEMA EMBEBIDO
El término embebido también se lo conoce como “incrustado” ó “embutido”
se caracteriza por poseer una parte integral, es decir, está destinado a
cumplir necesidades específicas a diferencia de una PC que puede suplir
varios requerimientos.
Su misión consiste en resolver una pequeña tarea del conjunto en tiempo
real y está instalada en el interior y puede quedar tan oculto a nuestros ojos,
la mayoría se encuentran montados sobre una placa base y en ocasiones
está dispuesto dentro de un sistema de mayor envergadura.
La combinación de software y hardware puede ser reemplazado en muchos
casos por un circuito integrado que realice la misma tarea, pero una de las
ventajas de los sistemas embebidos es su flexibilidad. Ya que a la hora de
realizar alguna modificación resulta mucho más sencillo modificar algunas
14
líneas de código al software del sistema que reemplazar todo el circuito
integrado.
Estos sistemas embebidos están optimizados para reducir su tamaño y su
costo, aumentar su confiablidad, además de mejorar su desempeño al
poseer todo un sistema compacto.
MICROCONTROLADOR
Un Microcontrolador (μC), es un circuito integrado programable, capaz de
ejecutar órdenes grabadas en su memoria, y está compuesto de varios
bloques funcionales, los cuales cumplen una tarea específica, estos
dispositivos pueden utilizar palabras de 4 bits y funciones a frecuencias
bajas como 4kHz, con un consumo de baja potencia.
Incluye las tres unidades funcionales de una PC: la unidad central de
procesamiento, la memoria y periféricos de entrada/salida.
2.4. SISTEMA DE RECEPCIÓN DE DATOS
2.4.1. SENSORES
Es un elemento captador que convierte una señal física, en otra que seamos
capaces de cuantificar y manipular.
Figura 2.11 Interpretación de un Sensor
(Mandado, J. Marcos, C. Fernández-Silva e I. Armesto. 2009)
Un sensor puede estar formado por diferentes materiales estos pueden ser
metálicos, no metálicos, orgánicos o inorgánicos, por fluidos, gases, plasmas
15
o semiconductores. Al usar características especiales de esos materiales,
los sensores convierten la cantidad o propiedad medida en una salida
analógica o digital.
En la figura 2.11 se indica la interpretación de un sensor, que reacciona ante
una magnitud física transformándola en una señal eléctrica.
OBJETIVOS DE LA MEDICIÓN
Monitorizar o supervisar un proceso (Process monitoring).
Controlar un proceso (Process control).
Proporcionar información para verificar el comportamiento de un
sistema (Process checking). Descrito en la figura 2.12.
Figura 2.12 Sistema de Medida
(E.T.S. de Ingenieros de Telecomunicación de Vigo
Departamento de Tecnología Electrónica - Sensores. Fundamentos y Clasificación, 2011)
TRANSDUCTOR (TRANSDUCER).- Elemento que transforma una
señal (información) física de cualquier tipo en otra de tipo diferente.
ACONDICIONADOR (SIGNAL CONDITIONER).- Modifica la señal
adecuadamente para su posterior tratamiento. Generalmente es un
circuito electrónico.
PRESENTACION (DISPLAY).- Elemento de visualización o registro
de la medida.
16
2.5. SISTEMA HMI
HMI, es la abreviación de “Human Machine Interface” que significa Interfaz
Hombre Máquina, es decir, el dispositivo o sistema que va a interactuar entre
persona - máquina. Estos sistemas consisten en paneles compuestos por
indicadores y comandos, tales como luces pilotos, indicadores digitales y
análogos, registradores, pulsadores, selectores entre otros que intervienen
con la máquina o proceso.
En la actualidad, es posible contar con sistemas de HMI poderosos y
eficaces, además de permitir una conexión más sencilla y económica con el
proceso o máquinas.
2.6. SISTEMA DE COMUNICACIÓN
En la industria moderna, existen un sin número de comunicaciones de datos
entre diferentes sistemas, procesos e instalaciones que requieren mayor
competitividad en cuanto más cerca nos encontramos del proceso.
Dependiendo de la complejidad del sistema se puede clasificar en dos según
el tipo de control:
SISTEMA CENTRALIZADO
Las características principales para este sistema son:
Puede ser efectivo mientras no sea muy grande y a la vez complejo.
Al existir un único controlador no se presentarán problemas de
compatibilidad.
Es fácil de mantener debido a que existe solo un controlador.
Una de las desventajas por llamarlo así sería que son muy delicados
y si el controlador falla, se detiene todo el sistema.
17
SISTEMA DISTRIBUIDO
Las características principales para este sistema son:
Desarrollado y utilizado para sistemas grandes y complejos.
Todos los controladores deben de comunicarse a través de una red.
La responsabilidad es distribuida para los diferentes controladores.
Es más flexible que el sistema centralizado.
Es versátil y se puede realizar ampliaciones con otros dispositivos.
Su sistema es robusto y se puede ir añadiendo varios módulos de
acuerdo el sistema lo vaya exigiendo.
Y finalmente una de las principales características que engloba este
sistema es que permite la integración de dispositivos.
2.6.1. PROTOCOLOS DE COMUNICACIONES INDUSTRIALES
Un protocolo de comunicación viene a ser un conjunto de reglas que
permiten la transferencia e intercambio de datos entre los distintos
dispositivos que conforman una red. Estos protocolos han avanzado
gradualmente con la tecnología electrónica en especial en lo que se refiere a
los microprocesadores.
La incursión de los microprocesadores en la industria ha facilitado su
integración a redes de comunicación con importantes ventajas:
Mayor precisión derivada de la integración de tecnología digital en las
mediciones.
Mayor y mejor disponibilidad de información de los dispositivos de
campo.
Diagnóstico remoto de componentes.
La integración de estas islas automatizadas suele hacerse dividiendo las
tareas entre grupos de procesadores jerárquicamente anidados, dando lugar
18
a una estructura de Redes Industriales, las cuales es posible agrupar en tres
categorías:
Buses de campo
Redes LAN
Redes LAN-WAN
2.6.1.1. Redes Lan
Una red LAN (Local Area Network), es una red que permite conectar los
ordenadores sin cables ni alambres. Con una red LAN inalámbrica, los
empleados pueden obtener acceso fácil y cómodo a documentos, correo
electrónico, aplicaciones y otros recursos de la red, para que puedan
desplazarse a cualquier lugar. Una red LAN inalámbrica facilita esto al
utilizar las ondas de radio para permitir a los dispositivos móviles conectarse
y comunicarse dentro de una zona determinada.
Ventajas de la red LAN inalámbrica.
Operan dentro de un área geográfica limitada.
Permite el multiacceso a medios con alto ancho de banda.
Controla la red de forma privada con administración Local
Proporciona conectividad continua a los servicios locales.
Conecta dispositivos físicamente adyacentes
2.6.1.2. Red WLAN o WiFi
Al referirse a WIFI se describe una de las tecnologías de comunicación
inalámbrica mediante ondas y hoy en día se ha tornado en la más utilizada.
WIFI, también llamada WLAN (Wireless Lan, Area Network) o estándar IEEE
802.11. Cabe recalcar que WIFI no es una abreviatura de Wireless Fidelity,
simplemente es un nombre comercial.
19
En conclusión se puede deducir que WiFi vendría a ser una Red Local con
alcance limitado para el envío de datos en base a la distancia, con el plus de
evitar el engorroso cableado que dispone cualquier red.
La transferencia de datos será Simplex, es decir, en un solo sentido, el
dispositivo enlazado al servidor solamente tendrá la capacidad de recibir los
datos mostrados en la página web, mas no realizar ninguna acción.
3. METODOLOGÍA Chapter 3 3
20
3.1. METODOLOGÍA EN “V”
Para el desarrollo del proyecto se utilizará la Metodología en “V”, la cual
ayudará a determinar los requerimientos de forma objetiva y proporcionar
una solución integral para cubrir cada una de las necesidades, desde la
concepción de idea hasta su posterior construcción, integración, verificación
y ejecución del mismo.
Con los requerimientos del proyecto, se realiza un análisis de la situación
actual y como se la puede mejorar partiendo de los objetivos planteados en
el primer análisis, como se muestra en la figura 3.1.
Con una retroalimentación se compara la función principal con los objetivos
planteados y se la divide en subfunciones para realizar un diseño del
sistema y el modelamiento de cada uno de ellos. Para esto se realiza una
planificación para la integración de todos estos y concluir las pruebas de
funcionamiento de todo el sistema embebido.
Figura 3.1 Metodología en “V” del Diseño del Sistema
(Verein Deutscher Ingenieure, 2004)
21
REQUERIMIENTOS DEL DISEÑO DEL SISTEMA
Módulo de control para la adquisición, procesamiento y envío de
datos al HMI, y dispositivo móvil.
Comunicación Inalámbrica con el módulo de control para el envío de
datos a dispositivo móvil, si se requiere supervisión durante el
descenso de registros electrónicos a los pozos.
Sensor que soporte condiciones de humedad, golpes, lluvia, polvo.
HMI en la cabina del operador.
Mecanismo para el decremento de distancia, si la palanca de mando
es accionada en dirección contraria.
Alimentación desde la batería de 12V DC al módulo de control y HMI.
Aislamiento y Protección de terminales electrónicos y eléctricos.
Figura 3.2 Estructura Básica del Sistema
22
En la figura 3.2 se muestra una estructura básica del sistema, en las cuales
posee elementos eléctrico, electrónicos y mecánicos que interactuarán para
el respectivo funcionamiento, pero para ello es necesario realizar un análisis
con la denominada Casa de Calidad.
3.1.1. DISEÑO DE CONTROL
Para el Diseño de Control es necesario implementar un módulo capaz de
recibir, procesar y transportar los datos tomados desde el sensor, y capaz de
ser mostrados en el respectivo HMI, adicional desarrollar la respectiva
programación del control de velocidad y distancia del cable de acero,
realizado en la respectiva plataforma de software.
3.1.2. DISEÑO ELÉCTRICO (ALIMENTACIÓN DE VOLTAJE)
Como este sistema estará en constante funcionamiento es necesario tomar
la respectiva alimentación desde la Unidad de Slickline, es decir, desarrollar
un diseño capaz de solventar la energización del módulo de control, el
sensor y el HMI.
Esta energía será tomada desde una batería de 12V, de 13 placas, sin
embargo hay que tomar en cuenta los rangos de funcionamiento de cada
uno de los elementos a interactuar en el sistema de control.
3.1.3. DISEÑO MECÁNICO
En la sección de Diseño Mecánico cuenta con varias partes desde la
sujeción del sensor al sistema de poleas, determinar el sistema para el
respectivo decremento, hasta la protección del HMI; contar con los
materiales adecuados para la construcción, montaje y funcionamiento del
sistema.
23
3.1.4. CASA DE CALIDAD
La realización de la "Casa de Calidad" es un método que ayudará a
identificar los requerimientos del cliente, para realizar una comparación con
criterios de ingeniería, para llegar a una conclusión de diseño.
CRITERIOS DEL CLIENTE
a) Operabilidad
b) Durabilidad
c) Mantenimiento
d) Tiempo de Respuesta
e) Precio
CRITERIOS DE INGENIERÍA
Con estos criterios de ingeniería permite realizar un análisis poniendo en
evidencia los puntos más prescindibles para el desarrollo del Sistema desde
un punto técnico.
a) Funcionalidad
b) Manufactura
c) Fiabilidad
d) Volumen
e) Materiales
f) Asilamiento y Protección
g) Costo
h) Control
i) Diseño
24
A continuación se realiza la tabla correspondiente a la Casa de Calidad
donde determinaremos los puntos más importantes entre los requerimientos
del cliente con los criterios de ingeniería.
En la tabla 3.1 se muestra la Casa de Calidad, donde se hace referencia a
los criterios o requerimientos del cliente en relación a los criterios de
ingeniería, tomando en cuenta y realizando una ponderación de la
importancia de cada uno de ellos, con esta tabla se puede determinar que
los puntos imprescindibles a tratar en el proyecto son los materiales y el
diseño con 21 y 23 puntos respectivamente.
Tabla 1.1 Casa de Calidad del Diseño del Sistema
REQUERIMIENTOS DEL CLIENTE
PO
ND
ERA
CIÓ
N D
EL C
LIEN
TE
FUN
CIO
NA
LID
AD
MA
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FAC
TUR
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TO Y
PR
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CC
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CO
STO
CO
NTR
OL
DIS
EÑO
OPERABILIDAD 5 2 3 3 3 3 3 1 5 5
DURABILIDAD 4 3 4 4 0 5 5 3 3 4
MANTENIMIENTO 3 3 3 4 4 4 2 3 2 4
TIEMPO DE RESPUESTA 5 5 3 5 0 4 4 0 5 5
PRECIO 5 3 5 0 5 5 5 4 4 5
TOTAL 16 18 16 12 21 19 11 19 23
* 0 - menor importancia ; 0.5 - mediana importancia ; 1 - mucha importancia
Ahora bien con esta ponderación se podría definir los materiales necesarios
para la implementación del sistema, sin embargo es prescindible realizar una
nueva tabla similar a la casa de calidad, pero en esta se mostrará los puntos
más primordiales realizando una ponderación con los criterios de ingeniería.
25
Tabla 2.2 Criterios de Ingeniería
CRITERIOS DE INGENIERÍA
FU
NC
ION
ALI
DA
D
MA
NU
FA
CT
UR
A
FIA
BIL
IDA
D
VO
LUM
EN
MA
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CIÓ
N
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ST
O
CO
NT
RO
L
DIS
EÑ
O
Σ +
1
Po
nd
erac
ión
FUNCIONALIDAD 0 0,5 0,5 0 1 0 1 0,5 4,5 0,08
MANUFACTURA 0 0 1 1 0,5 1 0,5 1 6 0,10
FIABILIDAD 0,5 0 0 0,5 1 1 1 0,5 5,5 0,09
VOLUMEN 0,5 1 0 0,5 0,5 0,5 0,5 1 5,5 0,09
MATERIALES 0 1 0,5 0,5 1 1 1 0,5 6,5 0,11
AISLAMIENTO Y PROTECCIÓN 1 5 1 0,5 1 1 1 0,5 12 0,20
COSTO 0 1 1 0,5 1 1 1 0 6,5 0,11
CONTROL 1 0,5 1 0,5 1 1 1 0,5 7,5 0,13
DISEÑO 0,5 1 0,5 1 0,5 0,5 0 0,5 5,5 0,09
SUMA 59,5 1,00
* 0 - menor importancia ; 0.5 - mediana importancia ; 1 - mucha importancia
En la tabla 3.2 se muestra la ponderación de los criterios de ingeniería para
cumplir con los requerimientos del cliente, cuantificándolos de 0, 0.5 y 1 de
menor a mayor importancia respectivamente, con ello podemos concluir que
los puntos o los criterios más importantes es el aislamiento, el control.
3.2. SELECCIÓN DE ELEMENTOS Y MATERIALES
3.2.1. SISTEMA ELECTRÓNICO
Para el Sistema Electrónico, se subdivide en cinco partes que son: Módulo
de Control, Sensor, HMI.
26
3.2.1.1. Módulo de Control
Uno de los puntos más importantes para el Diseño del Sistema módulo a
utilizarse, para el procesamiento de los datos, para lo cual se realiza una
comparación para analizar las prestaciones de cada uno.
Tabla 3.3 Comparación de Módulos de Control
ESPECIFICACIONES
μC PIC PLC
ARDUINO YÚN PIC16F877A PLC S7 - 200
GRADO DE PROTECCION IP - - IP 20 (3)
VOLUMEN 5 5 3
FACILIDAD DE ADQUISICION 4 5 4
PROCESAMIENTO DE DATOS 5 4 5
COMUNICACIÓN WIFI 5 0 0
PRECIO (DOLARES) 2 5 1
Σ SUMATORIA) 21 19 16
* 0 - menores prestaciones; 5 - mejores prestaciones
De acuerdo a los beneficios mostrados en la tabla 3.3 la mejor alternativa
para la implementación del módulo de control es el Arduino Yún por su
facilidad de adquisición, su volumen y principalmente por la integración del
módulo WiFi.
3.2.1.2. Sensor
El sensor a utilizarse es el instrumento vital para la toma de valores del
sistema de control, y de ello depende el procesamiento en módulo de control
por lo cual en la tabla 3.4 se muestra una comparación entre tres opciones,
para la selección del más apto.
27
Tabla 4.4 Selección de Sensor
ESPECIFICACIONES
MAGNÉTICO DIGITAL ULTRASÓNICO
AECO SI12-CE4 NPN NO H
OPTOACOPLADOR ECG3100 HC-SR04
PROTECCIÓN CONTRA CORTO CIRCUITO 5 0 0
DISTANCIA DE CONMUTACIÓN
2 3 5
TEMPERATURA 5 3 3
HUMEDAD 5 0 1
MATERIAL DE CARCASA 5 2 2
SOPORTE RUIDO 5 0 1
PRECIO (DÓLARES) 1 5 5
Σ SUMATORIA 28 13 17
* 0 - menores prestaciones; 5 - mejores prestaciones
De acuerdo a la tabla 3.4 la mejor alternativa a implementarse es el Sensor
Magnético a pesar de su costo, este es un sensor industrial que soportará
las condiciones de campo.
3.2.1.3. HMI
En la tabla 3.5 se muestra un análisis de la mejor alternativa en la cuestión
del HMI del Diseño del Sistema, un instrumento que permita la visualización
más adecuada para el operador y que posea las propiedades de soportar las
condiciones de temperatura y humedad de la Región Amazónica, tomando
como punto a cuidar el presupuesto y la facilidad de adquisición.
28
Tabla 5.5 Selección de HMI
ESPECIFICACIONES
HMI 1 HMI 2 HMI 3
TECLADO 4 x 4 PANEL TFT TOUCH 5
PULGADAS
PULSADOR SUBIR - BAJAR
LCD 16 x 2 LCD 16 x 2
HUMEDAD 4 4 3
TEMPERATURA 5 4 3
FACILIDAD DE ADQUISICIÓN 5 5 5
INTERACCIÓN 5 5 2
PRECIO (DÓLARES) 4 1 4
Σ SUMATORIA 23 19 17
* 0 - menores prestaciones; 5 - mejores prestaciones
En base a la tabla 3.5 la mejor alternativa por su interacción y acoplamiento
al módulo de control es el HMI 1, que consta de un teclado de 4x4 y un panel
LCD de 16x2.
PROTOCOLO DE PRUEBAS
Para la aprobación de funcionamiento del sistema a implementarse es
necesario determinar parámetros que avalen el funcionamiento para lo cual
se realizará pruebas de:
Encendido
Meteorológicas
Pruebas en Campo
Toma de valores y determinación estadística en base al contador
análogo y sistema implementado.
4. DISEÑO Chapter 4 4
29
4.1. DISEÑO DE SISTEMA DE CONTROL
Para el diseño de Sistema de Control se contará de dos secciones, las
cuales son una parte mecánica, para realizar el acople del servomotor con el
husillo de la palanca de velocidad y la otra será el respectivo HMI
conjuntamente con la programación en el Microcontrolador.
Figura 4.1 Diagrama de Bloques de Sistema de Control
En la figura 4.1 se muestra el respectivo diagrama de bloques referente al
Sistema de Control, en el cual cuenta con una distancia inicial y recibe una
retroalimentación para realizar una comparación con la distancia ingresada
al inicio.
El diagrama de bloques ayuda a enfocar el funcionamiento del sistema a
nivel general mientras que un diagrama de flujo se puede visualizar más
detalladamente toda la actividad desde el ingreso de valores hasta los
respectivos giros del servomotor como se muestra en la figura 4.2.
En la figura 4.3 se muestra el Diagrama Electrónico con todos sus
componentes, cabe recalcar que el Arduino UNO posee el mismo hardware
que el Yún, es por ello que en el diseño de Proteus se muestra con el
mismo, para la posterior realización del circuito impreso.
30
INICIO
ENCENDIDO DEL EQUIPO
INGRESAR VALOR A SENSAR
¿pies (valor a sensar -500)?
GIRAR SERVOMOTOR 30°
GIRAR SERVOMOTOR 60°
GIRAR SERVOMOTOR 85°
¿pies (valor a sensar -300)?
SI
¿pies (valor a sensar -100)?
SI
GIRAR SERVOMOTOR 90°
¿pies = valor a sensar?
SI
SI
NO
MANTIENE VELOCIDAD ACTUAL
NO
NO
NO
FINNO¿INICIAR UN NUEVOPROCESO?
SI
Figura 4.2 Flujograma de Funcionamiento
31
Figura 4.3 Diagrama Electrónico
32
Arduino Yún – Microcontrolador ATmega 32U4
Este Módulo Arduino Yún posee una plataforma electrónica de código
abierto basado en hardware y software de fácil uso, el hardware consiste en
una placa con un microcontrolador y puertos de entrada y salida.
Figura 4.4 Diagrama Esquemático del Arduino Yún
(www.arduino.cc, 2016)
Este Microcontrolador pertenece a la familia Arduino: "Yún significa 'nube' en
el idioma chino, el único que incorpora servicios web, Linux basada en
OpenWRT llamada Linino para su respectiva a programación y WiFi
integrado. En la figura 4.4 se indica el diagrama esquemático y en la tabla
4.1 sus características correspondientes.
33
Tabla 6.1 Especificaciones Técnicas del Arduino Yún
MICROCONTROLADOR ARDUINO YUN
AVR Arduino Microcontrolador ATmega32u4
Voltaje de funcionamiento 5V
Voltje de entrada 5V
Pines Digitales I/O 20
Canales PWM 7
Canales Análogos de entrada 12
Corriente DC por cada PIN I/O 40 mA
Corriente DC para Pin 3.3V 50 mA
Flash Memory 32 KB (de los cuales 4 KB son usados por el bootloader)
SRAM 2.5 KB
EEPROM 1 KB
Velocidad de Reloj 16 MHz
(www.arduino.cc, 2016)
Adicional Arduino Yún de poseer este microcontrolador cuenta con un
módulo WiFi que funciona con el estándar IEEE 802.11b con una velocidad
de 54 Mbit/s.
Sensor Magnético AECO SI12-CE4 NPN NO H
Es un sensor que capta una señal magnética al pasar por un material
ferroso, generando un cambio de su estado para el envío de señal, que
puede ser aceptado como generación de pulsos, en la figura 4.5 se muestra
el Sensor Magnético AECO con sus respectivas dimensiones.
Figura 4.5 Sensor Magnético AECO SI12-CE4 NPN NO H
(AECO, 2016)
34
Este sensor a utilizarse es industrial con un grado de protección IP67 que lo
hace resistente al polvo y a la inmersión en el agua, idóneo para el ambiente
de la Región Amazónica. Todas sus características y especificaciones
técnicas se muestran en el Anexo 1.
Panel LCD de 16 X 2
LCD (Liquid Crystal Display), pantalla de cristal líquido, es un módulo de
visualización electrónica para la presentación de caracteres y símbolos, en
este caso dispone de 2 filas de 16 caracteres, como se indica en la figura
4.6.
Figura 4.6 LCD 16 x 2
La razón de uso de estos indicadores LCD son económicos, y su
programación es sencilla, adicional que no se requiere mayor sofisticación
para visualizar los datos.
Sus características generales son las siguientes.
Pantalla de caracteres ASCII
Desplazamiento de los caracteres hacia la izquierda o derecha
Proporciona la dirección absoluta o relativa del carácter.
Memoria de 40 caracteres por línea de pantalla.
35
Teclado Matricial de 4x4
Un teclado matricial es un arreglo de filas y columnas, de tal manera que se
necesitan cuatro pines para las filas y cuatro para las columnas en un
microcontrolador.
Figura 4.7 Teclado de 4 x 4
En la figura 4.7 se muestra un Teclado de 4x4 pero para la respectiva
programación solamente serán habilitadas una matriz de 4x3 para el ingreso
de valores desde el uno hasta el símbolo numeral.
Servomotor
El servomotor es un elemento de los más utilizados para aplicaciones
industriales en la que se provee cambios bruscos de velocidad y posición,
siempre y cuando este sea un servomotor industrial.
En la tabla 4.2 se muestra varios tipos de servomotores de acuerdo a la
aplicación industrial proporcionado por la Marca Namiki
36
Tabla 7.2 Aplicación de servomotor en la Industria
(http://www.namiki.net/product/dcmotor/appli.html, 2016)
En base a la tabla 4.2 se elige Measuring Equipment (Equipo de Medición)
que es que se está desarrollando, con el Servomotor CGE16-2518 y el
Encoder EHM12-3F, sus especificaciones se muestran en el Anexo 2.
4.1.1. CONFIGURACIÓN DEL MÓDULO ARDUINO YÚN Y
CONFIGURACIÓN DEL SERVIDOR WEB
4.1.1.1. Configuración del Módulo de Control Arduino Yún
En esta sección se procederá a detallar la respectiva configuración del
Módulo Arduino Yún como servidor Web y la respectiva programación para
la visualización de la distancia recorrida y velocidad tanto el LCD como en la
página web. Toda esta configuración y programación se encuentra descrita
en el Anexo 3.
4.1.1.1.1. PuTTY
PuTTY es un emulador gratuito que soporta SSH (Secure Shell – Intérprete
de órdenes seguras), que es muy útil para la conexión con servidor Unix o
Linux como en nuestro caso. La dirección IP o Host 192.168.240.1 viene
dada por el módulo Arduino Yún, por intermedio de la conexión SSH y por el
puerto 22 que se genera por defecto.
37
Posterior a ello se presenta la pantalla del emulador donde se inicia con la
misma clave generada en la configuración, el usuario para poder acceder es
“root”.
4.1.1.1.2. WinSCP
Es una aplicación de software libre al igual que el descrito anteriormente
PuTTY, este software es un cliente SFTP (SSH File Transfer Protocol), que
es un protocolo de transferencia de archivos que utiliza SSH para asegurar
los comandos y los datos que se transfieren entre el cliente y el servidor.
La misión principal es la de facilitar y asegurar la trasferencia de datos entre
el servidor y cliente, con servicios SSH. Mediante el uso de paneles duales
es posible administrar los archivos, renombrarlos, modificar sus propiedades,
crear enlaces y accesos directos, al punto de copiar, mover o eliminar
archivos de forma tradicional.
Al iniciar WinSCP se presenta una pantalla donde se requiere la dirección IP
o el Host necesario para conectarse al módulo, al igual por medio del puerto
22, el respectivo usuario, root, y el password inicial.
Posterior a ello se despliega la pantalla, donde se visualizan todos los
archivos que contiene el Módulo Yún así como los archivos de la PC.
WinSCP al ser interactivo proporcionar una mayor visibilidad de los archivos
que se encuentran en el servidor, y las imágenes pueden ser cargadas
solamente arrastrándolas.
Este Módulo Yún posee un módulo WiFi incorporado, semejante a un router
que será necesario presionarlo alrededor de 30 segundos para resetearlo.
Al ingresar al módulo Yún su puede realizar las respectivas modificaciones
como cambio de red, cambio de clave, entre otras.
38
4.1.1.2. Configuración del Microcontrolador como Servidor Web
Mediante su memoria RAM recolecta la información recibida por el sensor y
transmite los datos al LCD así como a la página Web.
Este Microcontrolador puede ser configurado con una versión basada en
Linux, denominada Linino, que a su vez se deriva de OpenWRT.
Para el correcto funcionamiento es necesario configurar e instalar una serie
de paquetes para el procesamiento de datos.
php5-cgi y php5-cli: para poder ejecutar scripts de php.
php5-mod-json: para poder trabajar con objetos JSON.
sqlite3-cli, php5-mod-sqlite3: el motor de base de datos SQLite, y lo
necesario para poder usarlo en PHP.
openssh-sftp-server: para poder conectarnos al YUN usando WINSCP
o Filezilla y poder enviar archivos cómodamente.
nano: un editor de textos un poco más cómodo que vi.
htop: para ver el consumo de recursos (CPU, Memoria, etc).
php5-mod-pdo-sqlite: para acceder a Sqlite desde PHP
php5-mod-curl: Para ejecutar comandos curl desde PHP.
zoneinfo-europe, zoneinfo-core: para poder usar correctamente las
funciones de hora y fecha en PHP.
logrotate: para rotar los ficheros log que genere nuestra aplicación.
php5-mod-xml: para utilizar funciones de codificación y decodificación
de utf8.
4.1.1.2.1. Modificación del Fichero PHP.INI
Mediante la herramienta PuTTY, se accede con el usuario y la contraseña y
por medio del comando nano se realiza las correspondientes modificaciones
a JSON, Curl, SQLite y PDO. Es necesario también activar la compresión
39
para los objetos json que son enviados mediante el script php, y al incio del
fichero php.ini modificamos el handler de salida zlib.
Con toda esta configuración del módulo Arduino Yún como servidor, así
como el WinSCP, y PuTTY ya se puede proceder a realizar cualquier
modificación de forma a la página web y así como enviar los datos desde el
Módulo de Control.
4.1.1.3. Programación
4.1.1.3.1. Declaración de Librerías y Configuración
Como en todo programa se inicia con la respectiva declaración de librerías
para el funcionamiento de cada uno de los componentes que interactuarán
dentro del microcontrolador.
Se declara las librerías Bridge, HttpClient, y LiquidCrystal, las cuales
funcionan de la siguiente manera.
Bridge, delega todas las conexiones de red y el procesado de las
transacciones HTTP a la máquina con Linux.
HttpClient extiende el proceso y actúa como un contenedor para los
comandos CURL comunes mediante la creación de un cliente HTTP
en el lado de Linux.
LiquidCrystal (LCD), esta librería permite el control de un LCD en el
modo de 4 u 8 bits (es decir, utilizando 4 u 8 líneas de datos, además
de los RS, y las líneas de control RW).
Se declara cuatro variables enteras, que son las que se desplegará tanto en
el LCD como en la página Web, y estas a la vez serán utilizadas para el
decremento de la distancia, variables de tamaño grande (unsigned long)
para el frecuencímetro del módulo de control de velocidad.
40
4.1.1.3.2. Programa de Servidor Web
Una vez configurado el servidor, se realiza la programación para el enlace
con el módulo WiFi, tomando los valores y enviados a la página web, por
medio del enlace IP.
4.1.1.3.3. Programa de Control Distancia
Para el control de distancia, el sensor estará conectado al microcontrolador,
que tomará los datos por el denominado “elemento a sensar”, que son dos
varillas de hierro dulce soldadas a la polea, posterior a ello en el LCD se
indica la posición en la cual se desplegará los valores (0,0), es decir, en la
primera fila, primera columna.
Figura 4.8 Sistema de Sensado
El factor que multiplica a la variable a leerse fue determinada de acuerdo al
contador análogo que posee la unidad, es decir por cada vuelta que da la
polea se genera un valor de 2 pies, por ende como se tiene dos puntos a
sensar cada uno genera un valor de 1 pie, como se muestra en la figura 4.8.
4.1.1.3.4. Programa de Control de Velocidad
Para el control de velocidad se generó un frecuencímetro, para contar el
número de repeticiones en un intervalo de tiempo, mediante la acumulación
41
de períodos como se muestra en la ecuación 1, con una interfaz desde la
concepción de la señal hasta el procesamiento y la visualización en el LCD.
T f
1 [1]
Donde:
f: frecuencia alternativa
T: periodo de la señal
Como en este sistema no contamos con algún mecanismo especial que
ayude a determinar la velocidad como en vehículos, solamente se tomará la
única referencia que es el cierre del circuito mediante el sensor, es decir, por
cada pulsación se obtiene un pie desenrollado en el sistema.
En base a lo expuesto anteriormente la programación esta en base a la
variable “millis”, que devuelve el número en milisegundos, como se muestra
en la ecuación 2, es decir, 1000 ms equivale a un pie.
)(
1000
dotiempopasaaltiempoactu f
[2]
Para el enceramiento de velocidad, si el sensor no percibe señal por más de
3 segundos el LCD regresará a cero. El valor a imprimirse estará en la fila y
columna (0,1).
4.1.1.3.5. Programa Control Servomotor
Para la programación del control del servomotor se determina tres
posiciones, tomando los valores de la fila 3, columna 1, ya que por este se
determinó el valor deseado y el bucle de programación realiza una
comparación con la variable _valorasensar_ con el valor adquirido por el
sensor, lógica demuestra que en cuanto llegue a los 500 pies de la distancia
deseada, el servomotor se moverá a la posición medio, reduciendo la
velocidad, al igual para este bucle se realiza la misma comparación hasta
42
llegar a 200 y por ende girar el servomotor a la posición despacio, como se
muestra en la figura 4.9.
Figura 4.9 Ángulo de Giro del Servomotor
La distribución de los ángulos de giro en base al Servomotor es:
30° Rápido.
60° Medio.
85° Rápido.
4.2. DISEÑO SISTEMA ELÉCTRICO
Para la alimentación del dispositivo se tomará desde la batería de 12 Voltios,
conectado a un conversor de 12V DC a 5V DC como se muestra en la figura
4.10, tanto para la alimentación del Arduino, panel LCD, Servomotor y
Sensor Magnético como se muestra en la figura 4.11.
Figura 4.10 Conversor LM2596 / 12V DC a 5V DC
43
Figura 4.11 Diagrama Eléctrico
Este conversor ahorrará espacio dentro del circuito, además del factor
económico, dado que ya viene con los elementos necesarios para la
respectiva conversión de voltaje.
4.3. DISEÑO SISTEMA MECÁNICO
Para esta sección se ha dividido en cuatro componentes principales,
descritos en el Anexo 4, los cuales son:
a. Dispositivo a Sensar
Dos segmentos de varilla de hierro dulce soldado a la polea principal donde
se despliega el cable de acero desde los rodillos.
b. Soporte del Sensor
Provisto de un perfil en ángulo de 1 1/4’’ x 1/8’’ para la respectiva sujeción
del sensor anclado al soporte de poleas.
c. Soporte Fin de Carrera
Este elemento estará alojado en la parte inferior del tablero de la cabina del
operador contiguo a la palanca de dirección para realizar el decremento con
el fin de carrera.
44
d. Caja de Protección
Este elemento incorporará toda la parte electrónica del dispositivo desde el
Microcontrolador hasta el conversor, en conclusión será el dispositivo
protector HMI.
4.4. ANÁLISIS DE COSTOS
Finalmente con todos los diseños realizados, a continuación se puede
realizar un análisis de costos para la construcción de este sistema de
monitoreo y control.
Tabla 8.3 Costo de Materiales para Construcción de Sistema
45
En la tabla 4.3 se puede determinar la viabilidad de implementación del
Diseño del Sistema, dado que otros dispositivos que poseen las mismas
prestaciones bordean los $ 15.000.
4.5. CONSTRUCCIÓN Y MONTAJE
Una vez realizado todos los diagramas pertinentes, diseño de cada uno de
sus sistemas, se muestra la implementación con su respectivo Diagrama de
Procesos que se muestra en el Anexo 5.
4.5.1. SISTEMA MECÁNICO
Esta sección se compone de dos sistemas principales, el primero para el
realizar el acople para el Sensor Magnético, y el segundo para el sistema de
control de decremento de distancia que será implementado en el husillo de
accionamiento de los rodillos desde la cabina del operario.
4.1.1.4. Acople del Sensor Magnético
Este acople consta de dos partes que son el dispositivo a sensar que va
directo en la polea, y el otro el respectivo soporte para la sujeción del
Sensor.
a. Dispositivo a sensar
En la figura 4.12 se muestra el acople de una varilla de hierro dulce, fijado
con Soldadura Oxiacetilénica en la polea principal, que es el elemento a
sensar en cada vuelta.
46
Figura 4.12 Varilla soldada con Suelda Oxiacetilénica en Polea Principal
Se realizó el acople de dos puntos para que la señal recibida sea más
precisa, la distancia para realizar este acople tenía que estar lo suficiente
alejado de la estructura pero no tan lejano del sensor magnético.
b. Soporte de sensor magnético
Por otra parte se realizó la elaboración del soporte para el sensor en un perfil
de ángulo de 5/32’’ para la sujeción del Sensor en la estructura de las poleas
detallado en la figura 4.13.
Este perfil es lo suficientemente rígido para soporte y fijación del sensor
magnético, tanto en la estructura de las poleas como del mismo.
Figura 4.13 Placa de Perfil de 5/32’’ para soporte de Sensor Magnético
La sujeción de este soporte se lo realizó con tornillos de 3/16’’, tomando en
cuenta el elemento a sensar para que no exista rose, por otro lado la ventaja
47
del sensor magnético que posee un buen tramo roscado y por lo tanto se lo
puede regular a la distancia requerida.
4.1.1.5. Acople de Sistema de Decremento
Este sistema se divide en dos partes y es una de las más primordiales para
el accionamiento del decremento de la distancia, y para ello consta de un Fin
de Carrera y una modificación de eje que acciona la dirección del cable.
a. Soporte fin de carrera
En la figura 4.14 se muestra la construcción de la placa en acero
galvanizado para la sujeción del fin de carrera, se escogió este material dado
que es muy flexible para proporcionar la forma deseada.
Figura 4.14 Soporte para Fin de Carrera
Con la sujeción con tornillos de 1/8’’ es suficiente dado que va debajo del
tablero de mandos y no va a sufrir ningún movimiento brusco.
Para la sujeción del mecanismo en sí, se generó un problema al situarlo,
debido a que tiene que tener congruencia exacta con el movimiento de la
palanca de accionamiento del husillo de los rodillos.
b. Mecanismo en eje
Este eje se encuentra en la parte inferior del tablero del operador, y es
accionado mediante una palanca mediante cadena y catalinas, la dirección
48
de los carretos, este elemento será el responsable de realizar el
accionamiento del fin de carrera para realizar el decremento de la distancia.
Figura 4.15 Mecanismo en Eje Principal con Soldadura Oxiacetilénica
En la figura 4.15 se muestra un aumento con Soldadura Oxiacetilénica en el
eje principal para el respectivo accionamiento del fin de carrera que es el
que ejecuta el decremento.
4.5.2. SISTEMA DE CABLEADO Y PROTECCIÓN
a. Sensor magnético
Para el sistema de cableado, el sensor posee un terminal H, que es una
muesca para el respectivo acople como se indica en la figura 4.16, con ello
se evita conectar erróneamente los pines del sensor con el acople para el
cableado.
Figura 4.16 Sensor Magnético con su terminal respectivo
49
La gran ventaja de este sensor es que posee todo el cuerpo roscado por lo
cual facilita posicionarlo en base al elemento a sensar.
Figura 4.17 Sensor Magnético cubierto con espagueti termo-retráctil
Por el otro extremo se ponchó un molex de tres pines para la sujeción al
módulo Arduino. Adicional se cubrió con espagueti retráctil para cubrir de la
intemperie y del crudo en sí, como se muestra en la figura 4.17.
b. Fin de carrera
Este dispositivo permitirá el accionamiento de un puerto mediante el fin de
carrera el decremento de la distancia en caso que el operador accione la
palanca en sentido contrario.
Figura 4.18 Ponchado de Terminales con Molex de 2 Pines y Terminales
TFA ¼ L
En el extremo se ponchó dos terminales para sujetar directamente al fin de
carrera con dos Terminales TFA ¼ L como se muestra en la figura 4.18 y en
50
el otro extremo se ponchó con molex de dos pines, que va directamente al
módulo.
c. Switch de encerar
Este Switch permitirá limpiar la pantalla LCD retornando a cero el valor para
el inicio de otra operación, estará acoplado en la caja.
Figura 4.19 Switch de encerar soldado con estaño
En la figura 4.19 se muestra un Switch, que proporcionara la facultad de
encerar el dispositivo en el LCD. Soldado con estaño en los dos terminales.
d. Caja para Circuito y HMI
En la figura 4.20 se muestra la construcción de la caja con un material
denominado Alucobond (técnicamente ACM por sus siglas Aliminium
Composite Material).
Figura 4.2021 Construcción de Caja para LCD y Placa
51
Este material es un aislante y protegerá todo el circuito como se muestra en
la figura 4.21. Las especificaciones técnicas de este material ACM se detalla
en el Anexo 11.
Figura 4.2223Caja terminada para LCD y Placa
El brillo del panel LCD será automático es decir el potenciómetro esta
insertado en la placa del circuito ya que no es necesaria su regulación.
5. ANÁLISIS DE RESULTADOS Chapter 5 5
52
Una vez concluida la instalación del dispositivo, se procedió a realizar varias
pruebas, durante tres días, entre ellas resistencia climática, de encendido,
tiempo de funcionamiento y ejecución durante las operaciones en pozos.
PRUEBAS DE ENCENDIDO - PRIMER DÍA (10 DE ENERO 2016)
Se realiza el primer encendido del dispositivo, y se procedió a mantenerlo
energizado por un día y medio aproximadamente para comprobar que no
exista recalentamiento en la placa ni con el conversor de 12V a 5V, para ello
solamente se armó con cables como se muestra en la figura 5.1.
Figura 5.1 Placa y elementos en la cabina del operador (Primera Prueba)
Resultado.- El resultado de esta primera prueba reflejo que no hubo
ninguna variación ni alteración en el panel del LCD, al igual con el servidor
del Módulo Arduino durante la conexión, ni alguna alteración de temperatura
en la placa.
PRUEBAS METEOROLÓGICAS - SEGUNDO DÍA (11 DE ENERO 2016)
Al siguiente día se procedió a realizar una prueba meteorológica para
comprobar su resistencia al agua, humedad, y salpicaduras de crudo
directamente con el sensor magnético, como se muestra en la figura 5.2.
53
Figura 5.2 Sensor expuesto a la intemperie (Segunda Prueba)
Resultado.- Debido a la protección del espagueti termo retráctil en el
terminal del cable con el sensor, no se presentó ninguna filtración, y funcionó
correctamente el sensor.
PRUEBAS DE CAMPO - TERCER DÍA (12 DE ENERO 2016)
Con todo el sistema se procedió a realizar una prueba de campo, en el pozo
Shushufindi 135D, realizando una corrida, es decir, bajar una herramienta
para chequear la camisa. En la figura 5.3 se muestra al operador realizando
el trabajo y verificando los valores conjuntamente con el panel LCD
Figura 5.3 Funcionamiento del sistema en el pozo Shushufindi 135D
manipulado por el operador (Tercera Prueba)
54
Resultado.- Existió un pequeño desfase de 40 pies en la distancia versus
9700 pies contabilizados por el contador análogo.
PRUEBAS DE CAMPO CON SERVIDOR WEB - CUARTO DÍA (13 DE
ENERO 2016)
En la mañana se realizó una modificación tanto en la programación como en
la parte mecánica; en la polea principal se acopló otro punto para tomar la
señal del sensor.
Figura 5.4 Contador en funcionamiento conjuntamente con el dispositivo
enlazado al servidor
Por la tarde se trasladó equipo al Campo Shushufindi Estación de los
Dragos-Pozo Drago 6, con lo cual se realizo dos corridas, una chequeando
camisa, y la segunda bajando un bloque impresor. En la figura 5.4 se
muestra la conexión con un dispositivo móvil que refleja la página web, y en
la figura 5.5 se muestra la página web en funcionamiento con el sistema,
indicando la compañía, el proyecto, la distancia y velocidad respectivamente.
55
Figura 5.5 Página Web del Sistema en funcionamiento
Resultado.- Se obtuvo un margen de error de 6 pies en relación al contador
análogo, esta diferencia se generó debido al desgaste de los engranajes
alojados en el contador análogo, se puede determinar esta diferencia porque
al momento de regresar el cable al malacate se confirmó el desfase de estos
valores por parte del contador análogo, en la tabla 5.1 se muestra una
prueba en conjunto de todo el sistema y con ello se puede determinar la
mejora con un promedio de 4.5 pies.
56
Tabla 9.1 Prueba General del Sistema
N°
PR
UEB
A
N° DIA FECHA POZO
DIS
TAN
CIA
SO
LIC
ITA
DA
EN
PO
ZO
(PIE
S)
VA
LOR
SEN
SAD
O P
OR
CO
NTA
DO
R
AN
ÁLO
GO
(P
IES)
VA
LOR
SEN
SAD
O P
OR
SIS
TEM
A
IMP
LEM
ENTA
DO
(P
IES)
DIF
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CIA
EN
TRE
SIST
EMA
Y
CO
NTA
DO
R A
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LOG
O (
PIE
S)
PO
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ENTA
JE D
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ENC
IA
PO
RC
ENTA
JE D
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ECTI
VID
AD
C
ON
TAD
OR
AN
ALO
GO
PO
RC
ENTA
JE D
E EF
ECTI
VID
AD
SIST
EMA
NU
EVO
----- DIA 1 10-ene-16 ENCENDIDO POR DÍA Y MEDIO
----- DIA 2 11-ene-16 PRUEBAS METEOROLÓGICAS
----- DIA 3 12-ene-16 PRUEBA DE LABORATORIO (TALLER DE MANTENIMIENTO)
1 DIA 4 13-ene-16 DRRA-006 9200 9207 9201 6 0,07 99,9 100,0
2 DIA 5 14-ene-16 DRRA-006 6200 6202 6198 4 0,06 100,0 100,0
3 DIA 6 15-ene-16 AGRA-015 8000 8012 8010 2 0,03 99,9 99,9
4 DIA 7 16-ene-16 DRRD-056 9500 9501 9499 2 0,02 100,0 100,0
5 DIA 8 17-ene-16 DRTA-005 9000 9006 9000 6 0,07 99,9 100,0
6 DIA 9 23-ene-16 DRRB-031 2500 2500 2498 2 0,08 100,0 100,1
7 DIA 10 25-ene-16 AGRA-015
9500 9512 9508 4 0,04 99,9 99,9 8 DIA 11 26-ene-16 AGRA-015
9 DIA 12 27-ene-16 AGRA-015
10 DIA 13 29-ene-16 AGRA-015 9500 9512 9507 5 0,05 99,9 99,9
11 DIA 14 23-ene-16 DRRA-006 6200 6214 6208 6 0,10 99,8 99,9
12 DIA 15 24-ene-16 DRRA-006 3000 3003 3000 3 0,10 99,9 100,0
13 DIA 16 25-ene-16 TPSA-013
9100 9108 9102 6 0,07 99,9 100,0 14 DIA 17 26-ene-16 TPSA-013
15 DIA 18 27-ene-16 TPSA-013
16 DIA 19 28-ene-16 TPSA-013 7200 7200 7196 4 0,06 100,0 100,1
17 DIA 20 29-ene-16 TPSA-013 9100 9108 9101 7 0,08 99,9 100,0
18 DIA 21 30-ene-16 TPSA-013 6800 6815 6813 2 0,03 99,8 99,8
19 DIA 22 31-ene-16 TPSA-013 6800 6810 6804 6 0,09 99,9 99,9
20 DIA 23 01-feb-16 TPSA-013 6800 6812 6804 8 0,12 99,8 99,9
21 DIA 24 02-feb-16 TPSA-013 6800 6811 6805 6 0,09 99,8 99,9
22 DIA 25 03-feb-16 TPSA-013 STAND BY
0
23 DIA 26 04-feb-16 TPSA-013 0
24 DIA 27 05-feb-16 CYB-019 3200 3206 3200 6 0,19 99,8 100,0
25 DIA 28 06-feb-16 CYB-010 5000 5006 5001 5 0,10 99,9 100,0
26 DIA 29 07-feb-16 CYBA-015 STAND BY 0
27 DIA 30 08-feb-16 CYB-008 12000 12018 12012 6 0,05 99,9 99,9
28 DIA 31 09-feb-16 CYBA-015 6600 6612 6610 2 0,03 99,8 99,8
29 DIA 32 10-feb-16 CYB-008 12000 12014 12012 2 0,02 99,9 99,9
30 DIA 33 11-feb-16 CYB-005 8800 8802 8799 3 0,03 100,0 100,0
Σ SUMATORIA 103 1,55 2297,4 2299,0
PROMEDIO 4,48 0,07 99,9 100,0
6. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
57
CONCLUSIONES
Los objetivos fueron cumplidos en su totalidad, en base a los
parámetros funcionales y requerimientos operacionales descritos al
inicio de este proyecto.
Mediante el HMI se suministró al operador de un sistema de control
visual, herramienta necesaria en las actividades de “cable de acero”
para no parar el proceso al verificar la distancia recorrida por el cable.
Mediante la tabla de costos presente en el trabajo (tabla 4.3, se
demostró la viabilidad económica de implementar este dispositivo en
cualquier unidad del Proyecto Wireline de la Compañía Dygoil.
Se determinó que el sistema es fiable, esto es posible concluir debido
a que en las pruebas el error de medición es de 0.07%. Adicional, se
realizaron pruebas de fallo en laboratorio y en campo, la repetitividad
medida fue de +5 pies, que se considera aceptable ya que el cable se
desplaza miles de pies con un máximo de 18.000.
Mediante la implementación de la página web, es posible que el
supervisor vigile la velocidad a la cual desciende el cable en el caso
que se baje registros electrónicos para la toma de datos.
Para el desarrollo de proyectos similares, es imprescindible analizar el
Microcontrolador a implementarse en base al flujo de datos, entradas
y salidas que se requieran.
La parte de Diseño de Control quedó por implementarse debido a la
falta de presupuesto, pero queda descrito en el presente proyecto.
58
RECOMENDACIONES
Se debe realizar un mantenimiento preventivo del Sensor, cada tres
meses, por lo cual se detalla en el Anexo 7 el respectivo Manual de
Mantenimiento.
Posterior a este trabajo se puede realizar una mejora implementando
un sistema de sensado para la visualización de la tensión del cable de
acero generado durante el ingreso de herramientas al pozo.
Analizar cada Unidad de Slickline, debido a la ubicación de los
indicadores de presión y tensión fluctúan entre algunos, para con ello
situar de mejor forma el HMI.
La inducción para el respectivo manejo del sistema es simple debido
a la fácil interacción con el HMI.
59
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de consulta: 2 Abril 2016). Disponible en:
http://www.namiki.net/product/dcmotor/appli.html
62
GLOSARIO
Malacate
Estructura donde se aloja los carretos de cable de acero de la
Unidad de Slickline
MPLT Memory Production Logging Tool (Herramienta de Memoria
de Registro de Producción)
HMI Human Machine Interface (Interfaz Hombre-Máquina)
μC Microcontrolador
LCD Liquid Crystal Display (Pantalla de Cristal Líquido)
WLAN Wireless Lan Area Network (Red de Área Local Inalámbrica)
IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers (Instituto de
Ingeniería Eléctrica y Electrónica)
CAD Computer-Aided Sesign (Diseño Asistido por Computadora)
TTY Terminal Type (Terminal de Puerto Único)
SSH Secure Shell (Intérprete de Órdenes Seguras)
Root Superusuario, nombre convencional de un usuario que posee
todos los derechos para realizar modificaciones.
SFTP SSH File Transfer Protocol (Protocolo de transferencia de
Archivos SSH)
Baquelita Nombre tradicional proporcionado a los circuitos impresos.
ANEXOS
63
ANEXO 1
ESPECIFICACIONES SENSOR MAGNÉTICO AECO
SI12-CE4 NPN NO H
Código: I12000086 - Descripción: SI12-CE4 NPN NO H
AECO S.r.l. 20065 Inzago (MI) Italy - Via G. Leopardi, 5 - Tel. +39 02 954381 - Fax +39 02 9548528 http://www.aecosensors.com - e-mail: [email protected]
CARACTERISTICAS TECNICAS: Alimentación: Corriente directa
Tensión de funcionamiento: 10 ÷ 30 Vdc
Distancia de conmutación (mm): 4
Lógica de salida: NPN
Función: NO
Histéresis (%Sn): < 10%
Frecuencia de conmutación: 1000 Hz
Repetibilidad (%Sn): < = 3
Corriente de salida máxima: 200 mA
Absorción: < 15 mA @ 24Vdc
Caída de tensión: < 1.8 V
Protección contra cortocircuito: Presente
Led: Presente
Límites de temperatura: -25 ÷ +85 °C
Grado de protección: En función de conector
Material de la carcasa: Latón niquelado
Características mecánicas: M12x1
Tipo de conexión: Conector H
Peso: 40 g
Dimensiones en mm
Código: I12000086 - Descripción: SI12-CE4 NPN NO H
AECO S.r.l. 20065 Inzago (MI) Italy - Via G. Leopardi, 5 - Tel. +39 02 954381 - Fax +39 02 9548528 http://www.aecosensors.com - e-mail: [email protected]
CONEXIONES
INSTRUCCIONES PARA LA INSTALACIÓN
65
ANEXO 2
CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DEL SERVOMOTOR
CGE16-2518 Y ENCODER
67
ANEXO 3
CONFIGURACIÓN DEL MÓDULO ARDUINO YÚN Y
CONFIGURACIÓN DEL SERVIDOR WEB
Pantalla Principal de PuTTY
Acceso al Servidor mediante PuTTY
Pantalla Principal de WinSCP
Acceso al Software WinSCP
Acceso Principal al Arduino Yún
Características del Módulo Arduino Yún
Paquetes necesarios para el procesamiento de datos
Modificación del fichero php.ini y objetos
Declaración de librerías
Configuración de LCD
Declaración de variables
Configuración de Teclado
Posicionamiento del teclado en el LCD
Configuración de Servomotor
Programación para el Servidor Web
Programación Control de Distancia
Programación Control de Velocidad
Programación para enceramiento de velocidad
Programación para el giro del Servomotor
75
ANEXO 4
PLANOS SISTEMA MECÁNICO
10
8
HIERRO DULCE
C
2 31 4
B
A
D
E
DISPOSITIVO A SENSARESCALA:
5:1
Edición Modificación Fecha Nombre
Dibujado
Revisado
Aprobado
Fecha Nombre
MATERIAL:TOLERANCIA: PESO [Kg]:
DIBUJO Nº: HOJA:FIRMA / EMPRESA:
UTE
23/05/2016
0.1
A4
25
23
3,2
10
10
30
10
12
15
HIERRO DULCE
C
2 31 4
B
A
D
E
SOPORTE DE SENSORMAGNÉTICO
ESCALA:
2:1
Edición Modificación Fecha Nombre
Dibujado
Revisado
Aprobado
Fecha Nombre
MATERIAL:TOLERANCIA: PESO [Kg]:
DIBUJO Nº: HOJA:FIRMA / EMPRESA:
UTE
23/05/2016
0.1
A4
42
42 42
2X3,2
POR TODO
18
6
6 6
42
2X4,8 POR TODO
10 16
14
ACERO GALVANIZADO
C
2 31 4
B
A
D
E
SOPORTE PARAFIN DE CARRERA
ESCALA:
1:1
Edición Modificación Fecha Nombre
Dibujado
Revisado
Aprobado
Fecha Nombre
MATERIAL:TOLERANCIA: PESO [Kg]:
DIBUJO Nº: HOJA:FIRMA / EMPRESA:
UTE
23/05/2016
0.1
A4
108 2X
42 2
0 24
5 5
10
10
100
200 50 2
0 1
5
30
TOL 2mm
C
2 31 4
B
A
D
E
CAJA PROTECCIÓNESCALA:
1:3
Edición Modificación Fecha Nombre
Dibujado
Revisado
Aprobado
Fecha Nombre
MATERIAL:TOLERANCIA: PESO [Kg]:
DIBUJO Nº: HOJA:FIRMA / EMPRESA:
UTE
23/05/2016
0.1
A4
79
ANEXO 5
DIAGRAMA DE PROCESOS
FECHA: 2 0 1 5 -1 1 -0 3
DIRECTOR:
ING. WLADIMIR BONILLA
DIAGRAMA DE PROCESOS
CONTADOR DIGITAL
REALIZADO POR: ROMMEL PARRA
PROYECTO DE TES IS
MATERIA PRIMA
HIERRO FUNDIDO
VARILLA DE 1 0 m m
INS PECCION DE MATERIA PRIMA
ALMACENAMIENTO DE
MATERIA PRIMA
CORTADO VARILLA 8 m m
Arco de S ie rra
DISPOSITIVO A SENSAR
ALMACENAMIENTO
2
MATERIA PRIMA
HIERRO DULCE
PERFIL ANGULO DE
1 1 / 4 ' ' x 1 / 8 ' '
INS PECCION DE MATERIA PRIMA
ALMACENAMIENTO DE
MATERIA PRIMA
CORTADO DE PERFIL 3 0 m m
Arco de S ie rra
SOPORTE SENSOR
MAGNETICO
ALMACENAMIENTO
1
PERFORADO DE PERFIL0
Ta la d ro - Broca de 1 0 m m y 1 5 m m
MATERIA PRIMA
PLANCHA DE ACERO
GALVANIZADO
INS PECCION DE MATERIA PRIMA
ALMACENAMIENTO DE
MATERIA PRIMA
CORTADO DE PLANCHA 4 2 x4 2 x4 2 m m
Tije ra
SOPORTE FIN DE
CARRERA
ALMACENAMIENTO
1
PERFORADO DE PLANCHA
Ta la d ro - Broca de 3 / 1 6 ' ' Y 1 / 8 ' '
DOBLADO
Torn illo de Ba n co - Pla yo
MATERIA PRIMA
ACM (ALUMINIUM
COMPOS ITE MATERIAL)
4 m m
INS PECCION DE MATERIA PRIMA
ALMACENAMIENTO DE
MATERIA PRIMA
CORTADO DE PLANCHA 1 0 0 X2 0 0 (2 ) -
1 0 0 X5 0 (2 ) - 2 0 0 X5 0 (2 )
Arco de S ie rra
CAJA DE LCD Y PLACA
ALMACENAMIENTO
1
PERFORADO DE PLANCHA
Ta la d ro - Broca de 1 / 8 ' ' y 1 / 2 ' '
ENS AMBLADO DE CAJA
S ilicon a
MATERIA PRIMA
MODULO ARDUINO YUN
INS PECCION DE MATERIA PRIMA
ALMACENAMIENTO DE
MATERIA PRIMA
CONFIGURACION Y PROGRAMACION
ALMACENAMIENTO
SOFTWARE CONTROL
MATERIA PRIMA
CABLE GEMELO 1 6 - CABLE
S ENS OR - ES PAGUETI
INS PECCION DE MATERIA PRIMA
ALMACENAMIENTO DE
MATERIA PRIMA
CABLEADO S ENS OR Y CIRCUITO
ALMACENAMIENTO
SISTEMA DE CABLEADO
RECUBIERTA CON ES PAGUETI
CIRCUITO IMPRES O
ENS AMBLADO
PANEL LCD
SWITCH
ENS AMBLADO
INS PECCION
TRANS PORTE
OPERACION
OPERACION E
INS PECCION
ALMACENAMIENTO
OPERACION Y
ALMACENAMIENTO
DESCRIPCION SIMBOLO
HARDWARE CONTROL
ENS AMBLADO
SISTEMA ELECTRONICO
ALMACENAMIENTO
FIN
CONTADOR DIGITAL DE
DISTANCIA Y VELOCIDAD
SISTEMA ELECTRICO
ENS AMBLADO
80
ANEXO 6
Propiedades de material ALUCOBOND (ACM)
82
ANEXO 7
MANUAL DE MANTENIMIENTO
DESMONTAJE
1. Desconectar cables de la Batería al Conversor de 12V DC-5V DC.
2. Desarmar Caja con destornillador estrella fino y desprender tapa
trasera cuidando de no golpear circuito y LCD.
3. Desconectar panel LCD, circuito, módulo Arduino Yún, terminales
molex y Conversor 12V DC – 5V DC.
4. Desmontar Fin de Carrera.
5. Retirar sensor con llave N°12 y 14
LIMPIEZA Y CAMBIO
6. Limpiar todos los contactos electrónicos con aire comprimido.
7. Cambiar Fin de Carrera por otro nuevo.
8. Cambiar espagueti retráctil del sensor por otro nuevo.
MONTAJE
9. Armar sensor con llave N° 12 y 14.
10. Conectar terminales molex, LCD, Módulo Arduino Yún, Conversor
12V DC – 5V DC.
11. Montar Sistema de Decremento (Fin de Carrera)
12. Colocar tapa trasera con todo el circuito principal y ajustar con
desarmador estrella.
13. Conectar cables de energía a la Batería de la Unidad Slickline.
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