Estudo de caso

Enginuity Global

Edge Computação no upstream de petróleo e gás

Como a Enginuity Global Modernizou os Sistemas de Controle Legado na Plataforma de Produção Bullwinkle da QuarterNorth Energy para Excelência Operacional e Segurança em 45 dias

Desafios

  • Servidores, estações de trabalho e controladores desatualizados causaram tempo de inatividade prolongado e tiveram custos de reparo elevados.
  • Sistemas de controle descentralizados exigiam um grande número de funcionários para monitorar as operações
  • A complexidade do sistema dificultou a solução de problemas
  • O tempo de resposta do sistema em dezenas de segundos diminuiu o tempo de reação, a tomada de decisões e a visibilidade sobre as operações
  • Sistema de controle/sistema de segurança em capacidade sem espaço de manobra para aumentar a lógica, se necessário

Solução

  • Modernizar os sistemas de controle e a infra-estrutura da plataforma de produção offshore para uma operação segura, eficiente e lucrativa
  • Stratus ftServer® plataforma tolerante a falhas executando 12 máquinas virtuais (VMs)
  • Rockwell Automation PlantPAx® Distributed Control System (DCS), incluindo:
    • Historiador HMI/SCADA e Factory Talk® com suporte a SQL Server 6.000 I/Os
  • Anti-vírus e software de gerenciamento de clusters
  • Integração de sistemas pela Enginuity Global, LLC

Benefícios

  • Sistema centralizado de monitoramento e controle resultando em maior rendimento, maior segurança e operações sem tempo de inatividade para aplicações críticas
  • Alavancou a virtualização para consolidar 12 aplicações executadas em 6 servidores em uma única plataforma de computação Stratus ftServer, tolerante a falhas
  • Contribuiu para uma redução de 22% no tempo de inatividade não planejado, aumentando a produtividade
  • Redução do tempo de resposta do sistema em 1.000%, de mais de 20 segundos para milissegundos, aumentando o controle e a segurança

A QuarterNorth Energy moderniza a plataforma Bullwinkle para excelência operacional

A QuarterNorth Energy é um dos principais produtores de petróleo e gás que opera ativos em águas profundas no Golfo do México. Através da inovação e de uma abordagem disciplinada na gestão da produção de petróleo e gás, a empresa é especializada em operar diversos ativos, utilizando tecnologia para ganhar eficiência e gerar lucros. A plataforma de produção offshore Bullwinkle, atualmente a maior plataforma offshore fixa dos Estados Unidos da América, está localizada perto da Louisiana, e é estratégica para amarrar novos poços às linhas de fluxo de exportação existentes. Como acontece com muitos ativos antigos, a plataforma Bullwinkle passou por vários proprietários, funcionou com infra-estrutura legada e estava usando um sistema de controle de funcionamento que se tornou ultrapassado e difícil de suportar.

A QuarterNorth contratou a Enginuity Global, um integrador de sistemas com experiência em automação de processos, controle, serviços de campo e suporte de emergência para maximizar as operações e minimizar o tempo de parada, para modernizar e centralizar a infra-estrutura e os sistemas de controle da Bullwinkle. Com uma abordagem em duas fases, a equipe da Enginuity migrou a plataforma de 9 CLPs antigos, 6 servidores e comunicações de dados de baixa largura de banda, para um controle totalmente redundante em toda a plataforma, ancorado por um sistema de computação Stratus Edge para centralizar aplicações operacionais e compartilhar dados em toda a plataforma e para a empresa. A equipe realizou a transformação significativa em 45 dias desde a aceitação do local até o reinício das instalações. A plataforma de computação Stratus fornece computação tolerante a falhas para executar as aplicações críticas do Bullwinkle sem tempo de inatividade ou perda de dados, é reparável pela Tecnologia Operacional (OT) e reduziu significativamente o Custo Total de Propriedade (TCO).

Atualização de uma plataforma de envelhecimento para um ativo eficiente

O sistema Bullwinkle existente apresentou vários desafios ao seu modelo operacional. Ao longo de anos de atualizações contínuas, o sistema de controle se transformou em uma arquitetura descentralizada, o que exigiu mais de 20 operadores para vaguear pela plataforma de 384 pés de altura para monitorar telas espalhadas por vários locais. Além disso, partes do sistema estavam quase obsoletas, com componentes envelhecidos que falhariam inesperadamente. A substituição de peças era difícil - com a equipe às vezes recorrendo à aquisição de componentes mais antigos no eBay - resultando em longos prazos de entrega para encontrar e substituir peças. Como resultado, o sistema estava continuamente sob o risco de sofrer eventos dispendiosos e não planejados de paradas.  

Para modernizar e centralizar os sistemas Bullwinkle utilizados nas operações de controle e segurança, a Enginuity Global trabalhou com a QuarterNorth para executar um projeto em duas fases para substituir os servidores e estações de trabalho existentes por uma única plataforma de computação Stratus Edge redundante, consolidar software multimarcas diferentes em um único conjunto de automação e controle Rockwell Automation PlantPAx, atualizar os controladores Allen-Bradley® PLC-5® existentes para Rockwell Automation ControlLogix® e atualizar as conexões de E/S remotas encadeadas existentes para uma rede Ethernet dupla baseada em anel para redundância total do sistema em toda a plataforma.

De acordo com Eric Belgard, Enginuity Lead for Automation and Controls, gerenciar o processo em fases "diminui a dor" de uma grande revisão ao mesmo tempo em que facilita às empresas a gestão de projetos dentro de seus orçamentos.

O foco principal em todo este projeto foi fornecer um sistema que garantisse a segurança do pessoal, aumentasse a conscientização do operador e aumentasse a confiabilidade, ao mesmo tempo em que garantisse a estabilidade de suporte - essencial tanto para o cliente quanto para os integradores de sistema que os apóiam. Uma parte fundamental da abordagem da Enginuity incluiu o Stratus ftServer, que oferece tolerância a falhas e escalabilidade para atender às demandas atuais e futuras da QuarterNorth Energy para executar aplicações críticas em uma única plataforma de computação. A plataforma Stratus não só oferece o desempenho necessário para executar as múltiplas aplicações no Bullwinkle, mas também fornece um gerenciamento mais fácil para os operadores da plataforma, incluindo Unidades Substituíveis pelo Cliente (CRUs) que são facilmente instaladas pelas equipes OT sem incorrer em tempo de inatividade. E, como o QuarterNorth, o suporte Stratus funciona 24 horas por dia, 7 dias por semana, permitindo a rápida resolução das chamadas de suporte a qualquer momento. Uma vez que a Enginuity avaliou os custos de várias alternativas, eles descobriram que o Stratus ftServer oferecia a maior confiabilidade e o menor TCO.

"Ter o servidor Stratus lá nos dá paz de espírito porque o servidor Stratus é verdadeiramente tolerante a falhas. É uma das principais razões pelas quais sempre escolhemos o servidor Stratus quando disponível"
Eric Belgard
Lead Systems Engineer
Enginuity Global, LLC

Virtualização e confiabilidade com Stratus Edge Informática

A primeira fase do projeto de modernização concentrou-se na atualização do software de automação e controle e na substituição dos múltiplos servidores e estações de trabalho por uma única Edge Plataforma de computação. Priorizando seu foco nas operações de petróleo, poço e transporte, a QuarterNorth Energy queria uma solução que fosse simples de operar, que não tivesse tempo de falha e que evitasse a perda de dados. O Stratus ftServer que a Enginuity instalou suporta 16 clientes grossos e finos, substituindo os seis servidores e 16 estações de trabalho que falharam repetidamente e que estavam no final de sua vida útil (EOL) ou ultrapassaram seu fim de vida útil. Uma plataforma de computação tolerante a falhas, o ftServer fornece componentes hot-swappable e monitoramento automático da saúde. Usando a virtualização de aplicações, a equipe consolidou 12 aplicações no sistema único Stratus, simplificando ainda mais o gerenciamento e reduzindo custos. A vida útil mais longa do ftServer-8 a 10 anos - significa que eles não precisam mais investir na substituição de hardware obsoleto a cada 3 a 4 anos.

Visão geral do cliente/estação de trabalho

Novo sistema de controle de processos e sistema de desligamento de segurança atualiza a segurança, a conformidade e a tomada de decisões

A segunda fase do projeto de modernização migrou o sistema de controle existente para se conectar à Rockwell Automation PlantPAx rodando no Stratus ftServer. As antigas unidades Allen-Bradley PLC-5 estavam desatualizadas e tinham atingido o limite de sua capacidade, sem espaço para lógica adicional. As operações de controle foram combinadas com o sistema de monitoramento de segurança, criando desafios com a conformidade. E, o tempo de resposta no sistema descentralizado era lento. Um operador emitia um comando e depois esperava de 10 a 20 segundos para ver os resultados. Além disso, não havia consistência nas interfaces IHM multimarcas, com cada uma exigindo terminais ou monitores diferentes e tendo alarmes e tendências diferentes.

A Enginuity substituiu as unidades PLC-5 existentes por um novo sistema de controle redundante baseado no PlantPAx DCS, separando os Sistemas de Controle de Processo (PCS) e o Sistema de Desligamento de Segurança (SSDS) em processadores e racks separados. Eles converteram os controladores PLC-5 antigos conectados ao PlantPAx DCS usando kits de conversão da Rockwell Automation, permitindo a reutilização da fiação existente para mais de 100 painéis de E/S e 6.000 pontos de E/S. A Enginuity instalou então uma nova rede Ethernet, organizada em dois anéis de fibra óptica redundantes. Além de reduzir o tempo de resposta de dezenas de segundos para milissegundos - uma melhoria de 1000% na velocidade - a nova rede Ethernet fornece um protocolo moderno, baseado em padrões que não só é mais rápido e confiável, mas também mais fácil de suportar e manter.

O sistema modernizado melhorou drasticamente a segurança das operações da plataforma - um fator crítico de sucesso para a QuarterNorth Energy. Michael Kinzel, Engenheiro de Automação e Controles, enfatizou, "A velocidade de resposta confiável do sistema é crítica para operações contínuas". Como parte de seu processo de gerenciamento de segurança, a QuarterNorth realiza simulações de diferentes eventos e mede o tempo para responder e reagir. Durante uma simulação de um processo anormal, eles observaram que o tempo de resposta caiu de dezenas de segundos para menos de 3 segundos. Esta notável redução no tempo de resposta significa que os operadores podem reagir mais rapidamente durante eventos não planejados.

A nova solução também melhora a rastreabilidade, incluindo o rastreamento automático de alarmes, desvios e outros eventos críticos para garantir a segurança e a conformidade. Como o sistema anterior não tinha esta capacidade, os operadores tinham que construir manualmente trilhas de auditoria de quem executava as atividades e quando elas ocorriam. O rastreamento automático de todos os eventos no novo sistema, incluindo quem fez o quê, quando e por quanto tempo, proporciona um melhor registro dos eventos, aumentando a segurança e apoiando a conformidade. O DCS resultante é ao mesmo tempo performante e totalmente redundante, oferecendo visibilidade e controle, enquanto torna mais fácil e seguro para os operadores trabalharem em múltiplos sistemas de qualquer lugar na plataforma.

Rede Ethernet I/O redundante

"O ftServer é um tanque. Ele oferece uma abordagem simplista para um sistema complexo. Parte do nosso lema na Enginuity é: "Simplificamos um mundo complexo". E assim, os servidores Stratus definitivamente ajudam a reduzir parte dessa complexidade. E conseguimos economizar uma quantia substancial de dinheiro usando-os"
Eric Belgard
Lead Systems Engineer
Enginuity Global, LLC

Usabilidade e capacidade de serviço construída para OT

Outra vantagem importante do novo sistema PlantPAx DCS instalado é a redução da carga de trabalho do operador. Em vez de ter que aprender e gerenciar múltiplas interfaces, os operadores podem agora visualizar os dados através de telas HMI padronizadas. A melhora na coleta de dados acelera o processo de historiamento de dados, suportando uma tomada de decisão mais rápida e mais informada. O aproveitamento da virtualização para consolidar cargas de trabalho de 12 aplicações diferentes em um único sistema elimina ilhas de automação e suporta a disponibilidade de aplicações. Clientes espessos e finos gerenciados com o ThinManager® da Rockwell Automation e localizados em toda a plataforma proporcionam melhor acesso, permitindo aos técnicos gerenciar operações de qualquer nível ou local na plataforma. O novo sistema também reduz a complexidade das operações, tanto no gerenciamento e monitoramento dos sistemas quanto em sua manutenção regular.

Devido em parte a esta nova arquitetura, a equipe de operações em águas profundas da QuarterNorth Energy reduziu o tempo de parada não planejada da plataforma de produção Bullwinkle em 22%, aumentando a produtividade. A redundância embutida - do servidor ftServer e as redes Ethernet duplas até o Sistema de Controle de Processos e os painéis do Sistema de Parada de Segurança - assegura que o sistema esteja funcionando e disponível o tempo todo. "Notamos que o número de chamadas reportando o servidor ou o tempo de inatividade do sistema caiu -especialmente em comparação com a quantidade de casos anteriores", observou Belgard.

Olhando para o futuro: Uma solução escalável com espaço para o crescimento

Olhando para o futuro, Michael Kinzel vê várias oportunidades para melhorar ainda mais as operações na plataforma Bullwinkle. Eles planejam racionalizar ainda mais sua infra-estrutura através da portabilidade de aplicações que rodam em vários dispositivos independentes menos confiáveis para o ftServer. Destacando a virtualização do sistema Stratus e a disponibilidade do sistema, Kinzel explicou: "Podemos fazer isto porque temos confiança no ftServer". Na verdade, a solução funciona tão bem que a QuarterNorth Energy está em processo de estabelecer um compromisso semelhante com a Enginuity para modernizar outro local. "Esta arquitetura realmente funciona", resumiu Kinzel.

Sistema de controle distribuído com plataforma ftServer Fault-Tolerant

  • Plataforma Stratus ftServer® tolerante a falhas executando 12 máquinas virtuais (VMs)
  • Rockwell Automation PlantPAx® Distributed Control System (DCS), incluindo:
    • Historiador de HMI/SCADA e Factory Talk® com SQL Server para sistemas PCS e SSDS que suportam 6.000 I/Os
    • Rede de E/S remota Fiber-Optic Ethernet baseada em anel redundante
    • Processadores Redundant ControlLogix para Sistema de Controle de Processo (PCS) e Sistema de Desligamento de Segurança (SSDS)
  • Anti-vírus e software de gerenciamento de clusters

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