Un trabajo de investigadores de INTEC fue publicado en la revista Desafíos

Medios y Recursos

Investigadores de INTEC participaron del convenio denominado “Desarrollo de una herramienta para el monitoreo y diagnóstico de Aplicaciones de Control Predictivo Multivariable (MPC)” con la empresa Y-TEC, dependiente de YPF y del CONICET, con el fin de desarrollar metodologías de seguimiento, provisión de información diagnóstica y atención de cambios operativos.
Respondiendo a las especialidades que el proyecto requería, los investigadores  de INTEC más involucrados en el mismo fueron los Dres. Antonio Ferramosca, José Luis Godoy, Alejandro González y Jacinto Marchetti (responsable técnico del proyecto), quienes además contaron en diversas oportunidades con la colaboración de los Dres. Eduardo Adam (FIQ-UNL) y Germán Bustos.
Los aspectos administrativos del proyecto han sido manejados a través del Centro para la Transferencia de Resultados de Investigación (CETRI-Litoral), dependiente de la Secretaría de Vinculación Tecnológica y Desarrollo Productivo de UNL.

Marco temático

El funcionamiento de los distintos equipos que componen una planta de procesos de la industria química requiere de sistemas de control que hacen posible su operación atendiendo fundamentalmente a la calidad de los productos y a los niveles de producción. Esta capacidad de manejo se logra mediante la manipulación de variables tales como caudales, temperaturas o presiones, las que son llevadas a valores deseados que pueden estar predeterminados con criterios económicos. Dicha tarea de control se realiza en forma automática de forma de evitar que perturbaciones de distintos orígenes cambien la condición de operación alejándola de las características deseadas. La necesidad de mantener una condición de operación dada, no solo se relaciona con mantener características de calidad de los productos en elaboración, sino también con cuestiones asociadas a seguridad y medio ambiente, y al consumo de energía ya sea como combustibles, vapor, o electricidad.

La industria petrolera y petroquímica se caracteriza por disponer de grandes y complejas unidades de procesamiento que requieren de sistemas de control más sofisticados que los que se usan en la mediana y pequeña industria. El caso típico es la refinación del petróleo, operación que recibe el crudo como materia prima y entrega productos semi-elaborados como gases livianos, nafta liviana, nafta pesada, kerosén, gasoil liviano, gasoil pesado, crudo reducido, y las variantes que la unidad permita obtener. La operación de estas unidades de “topping” se facilita al mantener un seguimiento eficaz de sus más de cien variables, algunas de las cuales son decisivas para lograr condiciones que impliquen beneficios económicos y el mantenimiento de la calidad de los productos obtenidos.

Objetivo del Proyecto

Desde su formulación, el objetivo de este proyecto ha sido llegar a disponer de una herramienta de monitoreo y evaluación del nivel de desempeño de las aplicaciones de control predictivo multivariable que la empresa YPF S.A. tiene en uso, proveyendo facilidades para identificar oportunidades de mejoras operativas. Los desarrollos estuvieron orientados a facilitar las tareas de análisis de los registros de variables para lograr la detección y el diagnóstico de causas asociadas a condiciones de bajo desempeño.

Principales tareas realizadas

A pesar de existir un plan de tareas inicialmente propuesto, en la práctica se mantuvo un esquema flexible de trabajo de tal forma de absorber los cambios que el conocimiento cada vez más detallado del sistema lo requería, permitiendo además la libertad de explorar cada nueva idea con potencialidad para contribuir a los fines del proyecto.

Durante el primer período se ha focalizado en el estudio y análisis del controlador multivariable de una unidad seleccionada por personal de la empresa, las pautas operativas definidas por sectores de mayor jerarquía, el modo en que los operadores supervisan el sistema, los objetivos generales del control, la instrumentación y la estructura de lazos de bajo nivel que permiten la implementación. También se ha revisado la información específica relacionada con la tecnología en uso a nivel multivariable y con el diseño de la aplicación correspondiente al “topping D” o unidad tomada como arquetipo. Esto último incluyó a la estructura del controlador y sus recursos de optimización, las características del modelo dinámico utilizado y los algoritmos involucrados en la generación de las acciones correctivas.

A posteriori, una de las líneas de trabajo incluyó el desarrollo de un simulador capaz de utilizar el mismo modelo dinámico que utiliza el controlador que trabaja en la unidad seleccionada. En esta tarea se buscó reproducir la estructura del controlador, colocando algoritmos desarrollados por el grupo de trabajo de INTEC en cada uno de sus módulos.  Este desarrollo necesitó de su posterior reconciliación con datos históricos reales con el fin de verificar la reproducción de condiciones operativas. La Figura 1 resume esquemáticamente la estructura general del sistema estudiado.

Luego, y en paralelo, otros varios temas fueron analizados. Entre los más importantes deben mencionarse: la evaluación de la bondad del modelo utilizado por el controlador, el análisis del nivel de ruido en las señales y su efecto sobre los módulos que las reciben, el estudio de las interacciones y colinealidades de las variables involucradas en el modelo, temas asociados con la sensibilidad de la solución LP a la variación de restricciones y a errores de modelado , el desarrollo de una metodología de verificación y recálculo de los costos de la función objetivo, un análisis de compatibilidad de los objetivos con el sistema de restricciones, la adecuación de los objetivos de control atendiendo a cambios en las pautas operativas, y las propuestas de nuevos indicadores de nivel de performance o desempeño.

Figura 1: Estructura general del sistema estudiado

Parte del grupo de trabajo de INTEC frente al Topping D, unidad seleccionada para el estudio y los trabajos de desarrollo

Reunión de trabajo en Sala 51 con Ingenieros de Y-TEC, de visita en INTEC (Santa Fe)

Visita del grupo de INTEC a la torre de YPF en Puerto Madero (Buenos Aires), en ocasión de presentar el tercer Informe de Avance

El INTEC ha colaborado en el desarrollo de códigos informáticos para permitir la utilización amigable de las metodologías de evaluación y análisis propuestas. Las aplicaciones logradas, que son implementadas sin utilización de licencias externas, buscan ser una ayuda para operadores e ingenieros de control en el replanteo de condiciones operativas, facilitando un acceso rápido a la identificación de los recursos que puedan estar causando inconvenientes temporarios, como frecuentemente ocurre con los límites operativos del sistema. Durante el tiempo de ejecución del proyecto se realizaron numerosas reuniones técnicas con el fin de intercambiar información y  conocimientos, abarcando manuales operativos, registros de planta, fundamentos de los desarrollos, interpretación de resultados y uso esperado de las aplicaciones en elaboración.

Si bien los principales trabajos se realizaron desde principios de 2014 hasta mediados de 2016, en la actualidad continúa el perfeccionamiento de las propuestas con el fin de que la herramienta final sea capaz de proveer respuestas útiles a cada nueva situación que se produce en planta.  La colaboración continúa principalmente con los Ings. Gustavo Garbati y Rubén Galdeano, tecnólogos especialistas en temas de control e instrumentación de Y-TEC, quienes  junto al Ing. Carlos Lago (Jefe del área Procesos de Y-TEC),  han sido las principales vías de comunicación entre el grupo de INTEC y la Gerencia de Optimización y Control de YPF-Downstream, tanto en cuestiones estrictamente técnicas como en las relacionadas con la gestión del proyecto. También ha sido muy valiosa la predisposición a involucrarse en los detalles técnicos del Ing. Carlos Ramírez y de la Lic. Carola Martini, de la gerencia antes mencionada, quienes aportaron sus conocimientos sobre el manejo del sistema de control, permitiendo así mantener la orientación adecuada de los trabajos en ejecución.

En relación con las tareas realizadas, la revista “Desafíos” en su Nº 9, publicó un artículo titulado “Mejoras en el desempeño de aplicaciones de Control Multivariable Predictivo”. Para leer el artículo completo, es posible bajar la revista desde el link http://y-tec.com.ar/Documents/Y-TEC_Desafios09_Web.pdf.