ケーススタディ

エンジェニュイティ・グローバル

アップストリーム石油およびガスにおけるエッジ コンピューティング

Enginuity Globalは、QuarterNorth Energy社のBullwinkle生産プラットフォームにおいて、従来の制御システムを45日間で近代化し、オペレーションの卓越性と安全性を向上させた事例を紹介します。

課題

  • 旧式のサーバー、ワークステーション、コントローラーが原因でダウンタイムが長くなり、修復にコストがかかっていた
  • 分散型の制御システムでは、オペレーションを監視するために多くのスタッフが必要だった
  • システムの複雑さがトラブルシューティングの妨げに
  • システムの応答時間が数十秒となり、反応速度、意思決定、業務の可視化が遅れる
  • 制御システム/安全システムの容量が大きく、必要に応じてロジックを増やすためのヘッドルームがない。

解決策

  • オフショア生産プラットフォームのレガシー制御システムとインフラを近代化し、安全で効率的、かつ収益性の高いオペレーションを実現する。
  • 12台の仮想マシン（VM）が稼働するStratus ftServer®フォールトトレラントプラットフォーム
  • Rockwell Automation PlantPAx® 分散型制御システム（DCS）を含む。
    • HMI/SCADAとFactory Talk®ヒストリアン、SQL Serverで6,000 I/Oをサポート
  • ウイルス対策ソフト、クラスタ管理ソフト
  • Enginuity Global, LLCによるシステムインテグレーション

メリット

  • 集中監視・制御システムにより、歩留まりの向上、安全性の向上、重要なアプリケーションのダウンタイムフリーオペレーションを実現。
  • 仮想化を活用して、6 台のサーバで動作する 12 のアプリケーションを、耐障害性の高い単一の StratusftServer コンピュート・プラットフォームに統合
  • 予定外のダウンタイムを22％削減し、生産性の向上に貢献
  • システムの応答時間を20秒以上からミリ秒へと1,000％短縮し、制御性と安全性を向上。

QuarterNorth EnergyがBullwinkleプラットフォームを近代化し、オペレーショナルエクセレンスを実現。

クォーターノース・エナジーは、メキシコ湾で深海資産を運用する大手石油・ガス生産会社です。石油・ガスの生産管理に対する革新と規律あるアプローチを通じて、効率性を獲得し利益を生み出すテクノロジーを活用した多様な資産の運用に特化しています。現在、米国最大の固定式海洋生産プラットフォームであるブルウィンクルは、ルイジアナ州の近くに位置し、新しい油井を既存の輸出用フローラインに接続するための戦略的な役割を担っています。多くの老朽化した資産と同様に、Bullwinkleプラットフォームも複数の所有者を経て、レガシーなインフラで稼働しており、時代遅れでサポートが難しくなった稼働中の制御システムを使っていました。

QuarterNorthは、Bullwinkleのインフラと制御システムの近代化と集中化を図るため、プロセスオートメーション、制御、フィールドサービス、緊急サポートに精通したシステムインテグレーターであるEnginuity Globalと契約し、運用の最大化とダウンタイムの最小化を実現しました。Enginuityチームは、2段階のアプローチにより、9台のレガシーPLC、6台のサーバー、低帯域のデータ通信から、1台のStratusエッジ コンピューティング システムを中心とした完全冗長化プラットフォーム全体の制御へ移行し、プラットフォーム全体と企業への運用アプリケーションとデータ共有を集中化させました。このチームは、サイトの受け入れから施設の再稼働まで45日間という短期間で、この重要な変革を成し遂げました。ストラタスのコンピュート・プラットフォームは、ブルウィンクルの重要なアプリケーションをダウンタイムやデータ損失なしに実行するフォールトトレラント・コンピューティングを提供し、運用技術（OT）によるサービス可能で、総所有コスト（TCO）を大幅に削減しました。

老朽化したプラットフォームを効率的な資産にアップグレードする

既存のBullwinkleシステムは、その運用モデルにおいていくつかの課題を抱えていました。長年にわたる継続的な更新により、制御システムは分散型アーキテクチャになり、20人以上のオペレーターが高さ384フィートのプラットフォームを歩き回って、数カ所に分散した画面を監視しなければならなくなったのです。さらに、システムの一部は老朽化が進み、予期せぬ故障が発生することもありました。部品の交換は難しく、チームはeBayで古い部品を調達することもあり、部品の検索と交換に長いリードタイムがかかっていました。その結果、システムは常にコストのかかる予定外のダウンタイムを経験するリスクにさらされていました。  

制御と安全オペレーションに使用されるBullwinkleシステムの近代化と集中化を図るため、Enginuity Global社はQuarterNorth社と協力して、既存のサーバーとワークステーションを単一の冗長化されたStratusエッジ コンピューティング プラットフォームに置き換え、異種ブランドのソフトウェアを単一のRockwell Automation PlantPAx自動制御スイートへ統合、既存のAllen-Bradley® PLC-5® コントローラをRockwell Automation ControlLogix®に更新、既存のディージーチェーン接続リモートI/Oをデュアルリング型のイーサネットネットワークに更新してプラットフォーム全体のシステム冗長を確保するという2段階のプロジェクトを実行しました。

Enginuity Lead for Automation and ControlsのEric Belgardによると、プロセスを段階的に管理することで、大規模なオーバーホールの「痛みを軽減」し、企業が予算内でプロジェクトを管理することも容易になるとのことです。

このプロジェクトで最も重視したのは、作業員の安全性、オペレータの意識向上、信頼性を確保しながら、顧客とそれをサポートするシステムインテグレータの両方にとって不可欠なサポート性を確保するシステムを提供することでした。ftServerこのプラットフォームは、QuarterNorth Energy 社が現在および将来的に要求する、重要なアプリケーションを単一のコンピュートプラットフォームで実行するための耐障害性と拡張性を備えています。Stratusプラットフォームは、Bullwinkle上の複数のアプリケーションの実行に必要なパフォーマンスを提供するだけでなく、OTチームがダウンタイムなしに簡単にインストールできる顧客交換ユニット（CRU）など、プラットフォームのオペレータにとってより容易な管理も提供します。また、QuarterNorthと同様に、ストラタスのサポートは24時間365日稼働しており、いつでもサポートコールを迅速に解決することが可能です。Enginuity社は、いくつかの選択肢のコストを評価した結果、StratusftServer が最大の信頼性と最小のTCOを提供することがわかりました。

「Stratus サーバーは、フォールトトレラントであるため、安心して利用できます。これは、当社が利用可能な場合は常に Stratus サーバーを選択する主な理由の 1 つです」
Eric Belgard
Lead Systems Engineer
Enginuity Global, LLC.

Stratusによる仮想化と信頼性エッジ コンピューティング

近代化プロジェクトの第一段階は、自動化および制御ソフトウェアの更新と、複数のサーバーとワークステーションを単一のエッジ コンピューティング プラットフォームに置き換えることに重点を置きました。石油、油井、輸送業務に重点を置く QuarterNorth Energy は、操作が簡単で、フェイルオーバー時間がなく、データ損失を防止するソリューションを求めていました。Enginuity社が導入したStratusftServer は、16台のシッククライアントとシンクライアントをサポートし、故障を繰り返し、耐用年数（EOL）を過ぎた6台のサーバーと16台のワークステーションを置き換えることができました。フォールト・トレラント・コンピュート・プラットフォームであるftServer は、ホットスワップ可能なコンポーネントと自動ヘルスモニタリング機能を備えています。アプリケーションの仮想化により、12 のアプリケーションを 1 つの Stratus システムに統合し、管理をさらに簡素化し、コストを削減しました。また、ftServerの寿命が 8 ～ 10 年と長いため、3 ～ 4 年ごとに古くなったハードウェアを交換するための投資を行う必要がなくなりました。

クライアント/ワークステーションの概要

新しいプロセス制御システムと安全停止システムにより、安全性、コンプライアンス、意思決定が向上。

近代化プロジェクトの第 2 フェーズでは、既存の制御システムを StratusftServer 上で動作するロックウェル・オートメーションの PlantPAx に接続するよう移行しました。老朽化したアレン・ブラドリーの PLC-5 ユニットは老朽化し、容量も限界に達しており、ロジックを追加する余地もない状態でした。制御操作は安全監視システムと組み合わされており、コンプライアンスに課題がありました。また、分散型システムのため応答速度が遅い。オペレーターがコマンドを発行して、その結果が出るまで10秒から20秒かかる。さらに、マルチブランドのHMIインターフェースには一貫性がなく、それぞれ異なる端末やモニターを必要とし、アラームやトレンドも異なっていた。

Enginuity 社は、既存の PLC-5 ユニットを PlantPAx DCS ベースの新しい冗長制御システムに置き換え、プロセス制御システム（PCS）と安全停止システム（SSDS）を別々のプロセッサーとラックに分離しました。彼らは、ロックウェル・オートメーションのコンバージョ ンキットを使用して、PlantPAx DCS に接続された従来の PLC-5 コントローラを変換し、100 以上の I/O パネルと 6,000 点の I/O のために既存の配線を再利用できるようにしま した。その後、Enginuity 社は新しい Ethernet ネットワークを導入し、2 つの冗長光ファイバー・リングに編成しました。数十秒からミリ秒へと応答時間が短縮され、速度が1000%向上しました。新しいEthernetネットワークは、最新の標準ベースのプロトコルを採用しており、高速で信頼性が高いだけでなく、サポートや保守が容易です。

この近代化されたシステムは、プラットフォームの安全性を劇的に向上させ、QuarterNorth Energy社にとって重要な成功要因となっています。自動化・制御エンジニアのマイケル・キンゼル氏は、「信頼性の高いシステムの応答速度は、連続運転に不可欠です」と強調する。安全管理プロセスの一環として、QuarterNorth社はさまざまな事象のシミュレーションを行い、応答と対応にかかる時間を測定しています。異常プロセスのシミュレーションでは、応答時間が数十秒から3秒未満に短縮されたことに注目した。このように応答時間が大幅に短縮されたことで、オペレーターは予定外の出来事にも迅速に対応できるようになった。

また、安全性とコンプライアンスを確保するために不可欠な、アラームやバイパスなどのイベントの自動追跡など、トレーサビリティも強化されました。以前のシステムにはこの機能がなかったため、オペレーターは誰がいつどのような活動を行ったか、手作業で監査証跡を作成する必要がありました。新システムでは、誰が、いつ、何を、どれだけの時間行ったかを含むすべてのイベントを自動的に追跡することで、イベントの記録をより適切に残し、安全性とコンプライアンスを強化することができます。その結果、DCSは性能と完全な冗長性を備え、可視性と制御性を提供するとともに、オペレーターがプラットフォーム上のどこからでも複数のシステムで作業することが容易かつ安全にできるようになりました。

冗長化されたイーサネットI/Oネットワーク

"ftServer "は戦車です。複雑なシステムに対して、シンプルなアプローチを提供します。Enginuity 社のモットーの一つは、「複雑な世界を単純化する」です。そのため、ストラタスサーバーは、複雑さを軽減するのに役立っています。そして、このサーバーを使用することで、かなりの金額を節約することができました」
Eric Belgard
リードシステムエンジニア
Enginuity Global, LLC

OTのために構築されたユーザビリティとサービス性

新たに導入したPlantPAx DCSシステムのもう一つの重要な利点は、オペレーターの作業負担を軽減したことです。これまで複数のインターフェイスを学習・管理する必要があったオペレーターは、標準化されたHMI画面を通じてデータを閲覧できるようになりました。また、データ収集の改善により、データのヒストリカル化が加速され、より迅速で十分な情報に基づいた意思決定をサポートします。仮想化を活用して 12 の異なるアプリケーションのワークロードを 1 つのシステムに統合することで、自動化の島をなくし、アプリケーションの可用性をサポートします。ロックウェル・オートメーションのThinManager® で管理され、プラットフォーム全体に配置されたシック・クライアントとシン・クライアントによりアクセスが向上し、技術者はプラットフォームのどのレベルまたは場所からも操作を管理できるようになりました。また、システムの管理・監視と定期的なメンテナンスの両方において、運用の複雑さを軽減することができます。

この新しいアーキテクチャのおかげで、QuarterNorth Energyの深海操業チームは、Bullwinkle生産プラットフォームの予定外のダウンタイムを22%削減し、生産性を向上させることができました。ftServer や二重のイーサネットネットワークから、プロセス制御システム、安全シャットダウンシステムパネルに至るまで、内蔵の冗長性により、システムは常に稼働し、利用可能であることを保証しています。「サーバーやシステムのダウンタイムを報告する電話の件数が、特に以前のケースと比べて減少していることに気づきました」とBelgardは述べています。

前を向いて成長余地のあるスケーラブルなソリューション

Michael Kinzel 氏は、今後、Bullwinkle プラットフォームの運用をさらに改善する機会がいくつかあると見ています。彼らは、信頼性の低い複数の独立したデバイスで動作するアプリケーションをftServer に移植することで、インフラをさらに合理化することを計画しています。 Stratus システムの仮想化とシステムの可用性を強調しながら、Kinzel は "ftServer に自信があるからできることだ" と説明しています。実際、このソリューションは非常にうまく機能しており、QuarterNorth Energy 社は、別の拠点の近代化に向けて Enginuity 社と同様の契約を結んでいる最中です。Kinzel氏は、「このアーキテクチャは、本当にうまくいっている」と総括する。

ftServer フォールトトレラントプラットフォームによる分散制御システム

  • 12台の仮想マシン（VM）を稼働させる Stratus ftServer® フォールトトレラントプラットフォーム
  • Rockwell Automation PlantPAx® 分散型制御システム（DCS）を含む。
    • PCSおよびSSDSシステム用のSQL Serverを使用したHMI/SCADAおよびFactory Talk®ヒストリアンは、6,000 I/Oをサポートします。
    • リング型光ファイバーリモートI/O冗長化ネットワーク
    • プロセス制御システム（PCS）および安全シャットダウンシステム（SSDS）用の冗長化ControlLogixプロセッサ
  • ウイルス対策ソフト、クラスタ管理ソフト
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