Caso di studio

Enginuity Global

Edge Computing in Upstream Oil & Gas

Come Enginuity Global ha modernizzato i sistemi di controllo Legacy presso la piattaforma di produzione Bullwinkle di QuarterNorth Energy per ottenere eccellenza operativa e sicurezza in 45 giorni

Sfide

  • Server, workstation e controller obsoleti causavano lunghi tempi di inattività ed erano costosi da riparare.
  • I sistemi di controllo decentralizzati richiedevano un gran numero di personale per il monitoraggio delle operazioni.
  • La complessità del sistema ha ostacolato la risoluzione dei problemi
  • Tempi di risposta del sistema nell'ordine delle decine di secondi hanno rallentato i tempi di reazione, il processo decisionale e la visibilità sulle operazioni.
  • Il sistema di controllo/sicurezza è a regime e non c'è spazio per aumentare la logica, se necessario.

Soluzione

  • Modernizzare i sistemi di controllo e l'infrastruttura della piattaforma di produzione offshore legacy per un funzionamento sicuro, efficiente e redditizio
  • Stratus Piattaforma ftServer® fault-tolerant che esegue 12 macchine virtuali (VM)
  • Sistema di controllo distribuito (DCS) PlantPAx® di Rockwell Automation, che comprende:
    • HMI/SCADA e storico Factory Talk® con SQL Server che supporta 6.000 I/O
  • Software antivirus e di gestione dei cluster
  • Integrazione del sistema da parte di Enginuity Global, LLC

Vantaggi

  • Sistema di monitoraggio e controllo centralizzato che consente di ottenere una maggiore resa, una maggiore sicurezza e l'assenza di tempi di inattività per le applicazioni critiche.
  • Ha sfruttato la virtualizzazione per consolidare 12 applicazioni in esecuzione su 6 server su un'unica piattaforma di calcolo Stratus ftServer , tollerante ai guasti.
  • Ha contribuito a ridurre del 22% i tempi di inattività non programmati, aumentando la produttività.
  • Riduzione del tempo di risposta del sistema del 1.000%, da oltre 20 secondi a millisecondi, con aumento del controllo e della sicurezza.

QuarterNorth Energy modernizza la piattaforma Bullwinkle per ottenere l'eccellenza operativa

QuarterNorth Energy è un produttore leader di petrolio e gas che gestisce attività in acque profonde nel Golfo del Messico. Grazie all'innovazione e a un approccio disciplinato alla gestione della produzione di petrolio e gas, l'azienda è specializzata nella gestione di diversi asset utilizzando la tecnologia per ottenere efficienza e generare profitti. La piattaforma di produzione offshore Bullwinkle, attualmente la più grande piattaforma offshore fissa degli Stati Uniti d'America, si trova vicino alla Louisiana ed è strategica per collegare nuovi pozzi alle linee di flusso di esportazione esistenti. Come molti altri impianti di vecchia data, la piattaforma Bullwinkle era passata attraverso diversi proprietari, funzionava con l'infrastruttura legacy e utilizzava un sistema di controllo ormai obsoleto e difficile da supportare.

QuarterNorth ha incaricato Enginuity Global, un integratore di sistemi con esperienza nell'automazione di processo, nel controllo, nei servizi sul campo e nel supporto di emergenza per massimizzare le operazioni e ridurre al minimo i tempi di inattività, di modernizzare e centralizzare l'infrastruttura e i sistemi di controllo di Bullwinkle. Con un approccio in due fasi, il team di Enginuity ha migrato la piattaforma da 9 PLC legacy , 6 server e comunicazioni dati a bassa larghezza di banda, a un controllo completamente ridondante a livello di piattaforma, ancorato a un unico sistema per centralizzare le applicazioni operative e condividere i dati. Stratus Edge Computing sistema per centralizzare le applicazioni operative e condividere i dati in tutta la piattaforma e nell'impresa. Il team ha realizzato questa trasformazione significativa in 45 giorni, dall'accettazione del sito al riavvio dell'impianto. La piattaforma di calcolo Stratus fornisce un'elaborazione a tolleranza d'errore per eseguire le applicazioni critiche del Bullwinkle senza tempi di inattività o perdita di dati, è manutenibile dalla tecnologia operativa (OT) e ha ridotto significativamente il costo totale di proprietà (TCO).

Aggiornamento di una piattaforma obsoleta in un asset efficiente

Il sistema Bullwinkle esistente presentava diverse sfide per il loro modello operativo. Nel corso di anni di continui aggiornamenti, il sistema di controllo si è trasformato in un'architettura decentralizzata, che richiedeva l'intervento di oltre 20 operatori che si aggiravano sulla piattaforma alta 384 piedi per monitorare gli schermi distribuiti in diverse posizioni. Inoltre, alcune parti del sistema erano quasi obsolete, con componenti invecchiati che si guastavano inaspettatamente. La sostituzione delle parti era difficile - il team a volte ricorreva all'acquisto di componenti più vecchi su eBay - e ciò comportava tempi lunghi per la ricerca e la sostituzione delle parti. Di conseguenza, il sistema rischiava continuamente di subire guasti costosi e non programmati.  

Per modernizzare e centralizzare i sistemi Bullwinkle utilizzati nelle operazioni di controllo e sicurezza, Enginuity Global ha lavorato con QuarterNorth per eseguire un progetto in due fasi per sostituire i server e le workstation esistenti con un'unica piattaforma ridondante. Stratus Edge Computing consolidare i diversi software multimarca in un'unica suite di automazione e controllo Rockwell Automation PlantPAx, aggiornare i controllori Allen-Bradley® PLC-5® esistenti con Rockwell Automation ControlLogix® e aggiornare le connessioni I/O remote a margherita esistenti con una rete Ethernet doppia ad anello per una ridondanza completa del sistema in tutta la piattaforma.

Secondo Eric Belgard, Enginuity Lead per l'Automazione e i Controlli, la gestione del processo in fasi "riduce il dolore" di una grande revisione e rende più facile per le aziende gestire i progetti all'interno dei loro budget.

L'obiettivo principale di questo progetto è stato quello di fornire un sistema che garantisse la sicurezza del personale, una maggiore consapevolezza dell'operatore e una maggiore affidabilità, assicurando al contempo la supportabilità, essenziale sia per il cliente che per gli integratori di sistemi che lo supportano. Una parte fondamentale dell'approccio di Enginuity è stata la piattaforma Stratus ftServer , che offre la tolleranza ai guasti e la scalabilità necessarie per soddisfare le richieste attuali e future di QuarterNorth Energy di eseguire applicazioni critiche in un'unica piattaforma di calcolo. La piattaforma Stratus non solo garantisce le prestazioni necessarie per eseguire le molteplici applicazioni su Bullwinkle, ma offre anche una gestione più semplice per gli operatori della piattaforma, grazie alle Customer Replaceable Unit (CRU) che possono essere facilmente installate dai team OT senza incorrere in tempi di inattività. Inoltre, come per QuarterNorth, il supporto di Stratus è attivo 24 ore su 24, 7 giorni su 7, consentendo una rapida risoluzione delle chiamate di assistenza in qualsiasi momento. Dopo aver valutato i costi di diverse alternative, Enginuity ha scoperto che Stratus ftServer offriva la massima affidabilità e il TCO più basso.

"La presenza del server Stratus ci dà tranquillità perché il server Stratus è veramente tollerante ai guasti. È uno dei motivi principali per cui scegliamo sempre il server Stratus quando è disponibile"
Eric Belgard
Lead Systems Engineer
Enginuity Global, LLC

Virtualizzazione e affidabilità con Stratus Edge Computing

La prima fase del progetto di modernizzazione si è concentrata sull'aggiornamento del software di automazione e controllo e sulla sostituzione di più server e workstation con un'unica piattaforma. Edge Computing piattaforma. Concentrandosi sulle operazioni di petrolio, pozzi e trasporto, QuarterNorth Energy voleva una soluzione semplice da utilizzare, che non prevedesse tempi di failover e impedisse la perdita di dati. Il sito Stratus ftServer installato da Enginuity supporta 16 thick e thin client, sostituendo i sei server e le 16 workstation che si guastavano ripetutamente e che avevano raggiunto o superato il termine del loro ciclo di vita (EOL). Piattaforma di calcolo a tolleranza di errore, ftServer offre componenti sostituibili a caldo e monitoraggio automatico dello stato di salute. Grazie alla virtualizzazione delle applicazioni, il team ha consolidato 12 applicazioni sul singolo sistema Stratus , semplificando ulteriormente la gestione e riducendo i costi. La maggiore durata di ftServer- da 8 a 10 anni - consente di non dover più investire nella sostituzione di hardware obsoleto ogni 3-4 anni.

Panoramica del client/stazione di lavoro

Il nuovo sistema di controllo del processo e il sistema di arresto di sicurezza migliorano la sicurezza, la conformità e il processo decisionale.

La seconda fase del progetto di ammodernamento ha migrato il sistema di controllo esistente per collegarlo al PlantPAx di Rockwell Automation in esecuzione su Stratus ftServer . Le unità PLC-5 di Allen-Bradley, ormai obsolete, avevano raggiunto il limite della loro capacità e non c'era spazio per la logica aggiuntiva. Le operazioni di controllo erano combinate con il sistema di monitoraggio della sicurezza, creando problemi di conformità. Inoltre, i tempi di risposta del sistema decentralizzato erano lenti. Un operatore emetteva un comando e poi aspettava da 10 a 20 secondi per vedere i risultati. Inoltre, le interfacce HMI multimarca non erano coerenti: ognuna richiedeva terminali o monitor diversi e presentava allarmi e tendenze differenti.

Enginuity ha sostituito le unità PLC-5 esistenti con un nuovo sistema di controllo ridondante basato sul PlantPAx DCS, separando i sistemi di controllo di processo (PCS) e il sistema di arresto di sicurezza (SSDS) in processori e rack separati. Hanno convertito i controllori PLC-5 legacy collegati al DCS PlantPAx utilizzando i kit di conversione di Rockwell Automation, consentendo di riutilizzare il cablaggio esistente per oltre 100 pannelli I/O e 6.000 punti I/O. Enginuity ha poi installato una nuova rete Ethernet, organizzata in due anelli in fibra ottica ridondanti. Oltre a ridurre il tempo di risposta da decine di secondi a millisecondi, con un miglioramento della velocità del 1000%, la nuova rete Ethernet offre un protocollo moderno e basato su standard che non solo è più veloce e affidabile, ma anche più facile da supportare e mantenere.

Il sistema modernizzato ha migliorato notevolmente la sicurezza delle operazioni della piattaforma, un fattore critico di successo per QuarterNorth Energy. Michael Kinzel, ingegnere dell'automazione e dei controlli, ha sottolineato: "La velocità di risposta affidabile del sistema è fondamentale per le operazioni continue". Nell'ambito del processo di gestione della sicurezza, QuarterNorth esegue simulazioni di eventi diversi e misura il tempo di risposta e reazione. Durante una simulazione di un processo anomalo, hanno notato che il tempo di risposta è sceso da decine di secondi a meno di 3 secondi. Questa notevole riduzione dei tempi di risposta consente agli operatori di reagire più rapidamente in caso di eventi non pianificati.

La nuova soluzione migliora anche la tracciabilità, compresa la tracciatura automatica di allarmi, bypass e altri eventi, fondamentali per garantire la sicurezza e la conformità. Poiché il sistema precedente non disponeva di questa funzionalità, gli operatori dovevano creare manualmente delle tracce di controllo di chi eseguiva le attività e quando si verificavano. Il tracciamento automatico di tutti gli eventi nel nuovo sistema, compreso chi ha fatto cosa, quando e per quanto tempo, fornisce una migliore registrazione degli eventi, migliorando la sicurezza e supportando la conformità. Il DCS risultante è performante e completamente ridondante, offre visibilità e controllo e rende più facile e sicuro per gli operatori lavorare su più sistemi da qualsiasi punto della piattaforma.

Rete I/O Ethernet ridondante

"Il sito ftServer è un carro armato. Offre un approccio semplicistico a un sistema complesso. Il motto di Enginuity è: 'Semplifichiamo un mondo complesso'. E quindi i server Stratus aiutano sicuramente a ridurre la complessità. E siamo riusciti a risparmiare una notevole quantità di denaro".
Eric Belgard
Lead Systems Engineer
Enginuity Global, LLC

Usabilità e funzionalità costruite per l'OT

Un altro importante vantaggio del nuovo sistema DCS PlantPAx è la riduzione del carico di lavoro dell'operatore. Invece di dover imparare e gestire più interfacce, gli operatori possono ora visualizzare i dati attraverso schermate HMI standardizzate. Il miglioramento della raccolta dei dati accelera il processo di storicizzazione degli stessi, favorendo un processo decisionale più rapido e informato. L'utilizzo della virtualizzazione per consolidare i carichi di lavoro di 12 applicazioni diverse in un unico sistema elimina le isole di automazione e supporta la disponibilità delle applicazioni. I thin client e i thin client gestiti con ThinManager® di Rockwell Automation e collocati in tutta la piattaforma offrono un accesso migliore, consentendo ai tecnici di gestire le operazioni da qualsiasi livello o posizione della piattaforma. Il nuovo sistema riduce anche la complessità delle operazioni, sia per quanto riguarda la gestione e il monitoraggio dei sistemi che per la loro regolare manutenzione.

Grazie anche a questa nuova architettura, il team operativo di QuarterNorth Energy per le acque profonde ha ridotto del 22% i tempi di inattività non programmati della piattaforma di produzione Bullwinkle, aumentando la produttività. La ridondanza incorporata, dal sito ftServer alle reti Ethernet doppie, fino ai pannelli del sistema di controllo dei processi e del sistema di spegnimento di sicurezza, garantisce che il sistema sia sempre funzionante e disponibile. "Abbiamo notato che il numero di chiamate che segnalano il fermo del server o del sistema è diminuito, soprattutto rispetto ai casi precedenti", ha osservato Belgard.

In prospettiva: Una soluzione scalabile con spazio di crescita

In prospettiva, Michael Kinzel vede diverse opportunità per migliorare ulteriormente le operazioni sulla piattaforma Bullwinkle. L'azienda prevede di ottimizzare ulteriormente l'infrastruttura trasferendo le applicazioni in esecuzione su diversi dispositivi indipendenti meno affidabili su ftServer. Sottolineando la virtualizzazione e la disponibilità del sistema Stratus , Kinzel ha spiegato: "Possiamo farlo perché abbiamo fiducia in ftServer". In effetti, la soluzione funziona così bene che QuarterNorth Energy sta organizzando un impegno simile con Enginuity per modernizzare un'altra sede. "Questa architettura funziona davvero", ha detto Kinzel.

Sistema di controllo distribuito con piattaforma tollerante ai guasti ftServer

  • Stratus Piattaforma ftServer® a tolleranza d'errore che esegue 12 macchine virtuali (VM)
  • Sistema di controllo distribuito (DCS) PlantPAx® di Rockwell Automation, che comprende:
    • HMI/SCADA e storico Factory Talk® con SQL Server per sistemi PCS e SSDS che supportano 6.000 I/O
    • Rete I/O remota Ethernet in fibra ottica ridondante ad anello
    • Processori ControlLogix ridondanti per il sistema di controllo di processo (PCS) e il sistema di spegnimento di sicurezza (SSDS)
  • Software antivirus e di gestione dei cluster

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