Invensys na Geração Elétrica do Reino Unido

INDÚSTRIA: ENERGIA
SSE
www.sse.com
“A abordagem
para migração
oferecida pela
Invensys Operations
Management mostrou
que uma alternativa
de modernização da
solução do fornecedor
existente era uma
opção viável”.
Hugh Ferguson,
Engenheiro de C&I e Gerente
de Projeto de Upgrade DCS,
Keadby Power Station
© Jonathan Thacker - http://www.geograph.org.uk/photo/2006958
Invensys na Geração Elétrica do Reino Unido
Metas
•A empresa precisava resolver a
obsolescência de seu DCS existente e
fornecer uma solução expansível para
aumentar a vida útil da operação da Keadby
Power Station
•O fornecedor deveria oferecer a solução
total de modernizaçãoa tempo de uma
grande interrupção programada e em
paralelo com outros projetos da usina, com
tempo de comissionamento mínimo
Desafios
•Desenhos de malha incompletos,
identificações ilegíveis e risco de erro
humano durante a mudança I/O´s foram
considerados obstáculos significativos para a
modernização
•A limitada documentação disponível sobre
os software aplicativos existentes apresentou
dilemas para a migração e testes de software
para a equipe do projeto
Soluções e Produtos
•Sistema de Controle Empresarial InFusion™
(a primeira grande solução InFusion no
Reino Unido)
•Sistema de Controle Distribuído Foxboro® I/A Series®
•Suíte de Desempenho Online ROMeo da
SimSci-Esscor®
•Suíte de Simulação Dinâmica SimSci-Esscor
Resultados
•A solução Invensys foi entregue a tempo
para a interrupção programada e dentro do
orçamento da SSE para o projeto
•A modernização resolveu tanto a obsolescência
quanto problemas de expansão
•Os funcionários da usina perceberam grandes
benefícios de simulação, inclusive melhor
treinamento e familiarização do operador, e
agora a instalação tem um aparelho de teste
rigoroso para testes do processo
Scunthorpe, North Lincolnshire, United Kingdom —
O Rio Trent tem um histórico de mudanças de curso ao
longo dos tempos, com menção de seus meandros até
mesmo nas obras de William Shakespeare. Ele já foi um
grande canal comercial marcando a tradicional fronteira
entre o Norte e o Sul da Inglaterra, o rio é relativamente
estável atualmente, sendo fonte de recreação e água
potável, além de água de resfriamento para um grande
número de usinas de produção energia elétrica movidas
a carvão e gás ao longo de sua rota. Uma dessas
usinas, a Keadby Power Station em Scunthorpe, North
Lincolnshire, é operada pela SSE, uma das maiores
empresas de energia no Reino Unido. A planta de
Keadby, que iniciou operação comercial em 1996, é
uma instalação de geração com turbinas de gás em
ciclo combinado de 720 megawatts.
A usina de geração de energia Keadby inclui duas
turbinas a gás GE Frame9A modelo, uma turbina a
vapor Alstom, duas caldeiras de recuperação Babcock
e uma turbina auxiliar a gás Siemens GT10B. Ela é
mantida e operada por uma equipe de 53 pessoas,
incluindo gerentes, engenheiros e técnicos. Quando
a administração da SSE percebeu que o Sistema
de Controle Distribuído da instalação estava se
aproximando da obsolescência a empresa escolheu
a Invensys Operations Management para atualizar a
usina para uma solução mais flexível, escalonável e com
suporte técnico.
A SSE é um serviço público de energia e está envolvida
na geração, transmissão, distribuição e fornecimento de
eletricidade, bem como serviços de armazenamento,
distribuição e fornecimento de gás natural, contratação,
telecomunicações e energia. A SSE tem mais de 10
milhões de clientes no Reino Unido, fornecendo
gás natural e eletricidade para mais de 3,5 milhões
de residências e empresas. É proprietária da maior
instalação de armazenamento de gás em terra firme
do Reino Unido, em Hornsea, East Yorkshire e está
atualmente construindo uma unidade nova e maior em
Aldbrough. Além disso, a empresa tem uma das maiores
provedoras de eletricidade do Reino Unido, operando
a partir de 60 escritórios regionais. Como maior
provedora de iluminação pública do Reino Unido, a SSE
também mantém mais de 1 milhão de lâmpadas
A empresa tem um total de mais de 11.300 megawatts
de capacidade, dos quais 2.000 megawatts são de
capacidade instalada, que é renovável. Como tal, a
SSE é o segundo maior negócio de geração do Reino
Unido em geral, e a maior geradora de eletricidade de
fontes renováveis. A SSE, formada pela fusão da Scottish
Hydro Electric com a Southern Electric, também tem
participação acionária em mais de 100 centrais térmicas
e renováveis. Destacando uma nova abordagem em Infraestrurura
Antes da modernização, a maior parte da usina
era operada por um sistema DCS Emerson WDPF
(Westinghouse Distributed Process Family) em todo o
local. Este sistema de controle de tamanho moderado
incluía 26 controladores tolerantes a falhas, 12 estações
de trabalho da HMI, incluindo um historiador e
compreendendo 6.046 I/O´s conectados fisicamente,
oito links de dados de controle de nível (Modbus, AllenBradley DH +, GE-GSM); três links de dados de nível de
fiscalização (Modbus-TCP, ODBC, OSI-PI); e 190 telas de
processos, incluindo cerca de 130 sobreposições gráficas
e 48 sequências.
Os engenheiros da SSE inicialmente identificaram 7
critérios-chave para o projeto de atualização de DCS
na Keadby Power Station. O primeiro da lista foi que a
modernização deveria ser concluída à tempo de uma
grande interrupção programada da usina e o sistema
deveria ser migrado com tempo de comissionamento
mínimo do local. Além disso, o novo sistema DCS
precisava resolver os problemas prementes de
obsolescência e permanecer atual pelo resto do tempo
de utilização previsto da usina. Capacidade de expansão
suficiente em termos de memória de controlador,
capacidade de I/O e banda de rede, juntamente com
configuração simplificada on-line também foi considerado
um requisito fundamental. Devido ao potencial impacto
sobre os procedimentos operacionais e outros fatores
humanos, os engenheiros também especificaram que
a nova solução da usina devia manter as estratégias de
controle existentes e os padrões de interface HMI.
Atualização de Sistemas em Harmonia com
Operações e Upgrades Existentes
Com o desenrolar do planejamento, ficou claro que
a modernização do DCS teria que ser conduzido em
paralelo com atividades essenciais de manutenção de
grande porte, bem como outros projetos de expansão.
Além disso, os trabalhos no local precisavam ocorrer
com o mínimo de perturbação da programação de
interrupção. Uma avaliação de risco do requisito do
projeto identificou duas áreas principais de preocupação:
o upgrade de I/O e a migração de software aplicativo.
Para o upgrade de I/O, os engenheiros da Keadby citaram
desafios como etiquetas de identificação de condutores
ilegíveis, desenhos de malha de controle incompletos,
riscos de erro humano e o potencial impacto sobre a
programação de interrupção associada à religação e teste
de cerca de 6.000 loops no local.
“Embora o sistema existente tivesse sido confiável no
passado, problemas estavam surgindo”, disse Hugh
Ferguson, engenheiro de C&I da Keadby Power Station
e gerente de projeto para o projeto de upgrade de DCS.
“Um número crescente de componentes já não estavam
disponíveis ou não eram mais reparáveis. Além disso, a
memória do controlador estava próxima da capacidade e
a maior parte da bandalarga de dados já fora utilizada”.
A migração do aplicativo de software também foi
considerada uma área de problema potencial. A
documentação era limitada e não havia relatos de
controle disponíveis. Isto significava que o próprio
software aplicativo teria que ser utilizado como fonte
para o processo de migração, levantando preocupações
sobre a possibilidade de erro humano, os conjuntos
de habilidades necessários, e os critérios de teste de
aceitação funcional.
Com base nos possíveis obstáculos, não estava claro se
havia uma alternativa para fazer upgrade para Ovation, a
próxima geração da plataforma WDPF. No entanto, devido
às preocupações com testes de aceitação de software e
apoio contínuo para o hardware de I/O existente, a SSE
decidiu abrir uma licitação para o projeto.
Seis fornecedores de DCS foram pré-qualificados para o
projeto de migração proposto, com quatro fornecedores
convidados a apresentar avaliações técn¬icas formais de
suas soluções propostas.
A Invensys Operations Management acabou sendo
selecionada pela SSE devido à sua comprovada solução
plug-in de migração de cartão I/O para WDPF, experiência
de migração de WDPF, recursos internos de simulação e
a incorporação de um simulador de usina baseado em
modelo para testes de software aplicativo e treinamento
de operadores.
Domínio da Invensys sobre o Processo de Migração
Os hardwares Invensys FBMs para migração WDPF são
uma substituição plug-in para cartões Q-Line I/O da WDPF
que permitem que os suportes I/O, as fontes de energia
e a fiação de campo existentes da WDPF sejam mantidos
e reutilizados pelo novo sistema IA Foxboro. Do ponto de
vista do sistema IA, esses módulos aparecem idênticos
aos FBMs padrão série 200 da Foxboro.
Ferramentas semiautomatizadas foram oferecidas para
migrar a aplicação Westinghouse para o ambiente
Invensys InFusion. InFusion é o mecanismo de entrega
da Invensys para controle da empresa, e consiste de
componentes de hardware e software necessários
para fornecer uma visão verdadeiramente agregada
de informações em uma organização, permitindo
uma base robusta para a colaboração entre pessoas, processos e sistemas.
A Suíte de Simulação Dinâmica SimSci-Esscor fornece
simulação da planta baseada em modelo e uma plataforma para permitir que uma solução de simulador de
treinamento de operadores (OTS) compreendendo
processadores de controle DCS virtualizados, interfaces
para controladores virtuais de terceiros e um ambiente de
treinamento rico em recursos. A solução SimSci-Esscor
oferece plena capacidade de simulação dinâmica rigorosa
e emulação de sistema de controle para engenheiros de
processo, engenheiros de planta, opera¬dores e gerentes para melhorar o projeto da planta, verificar controles,
treinar operadores e melhorar o desempenho da planta.
Ela também oferece uma alternativa para produtos datados, fragmentados, empíricos e de difícil uso com os quais
muitas firmas e plantas de enge¬nharia lutam atualmente.
A Invensys também demonstrou um extenso histórico de
suporte ao Sistema de Controle Distribuído Série I/A da
Foxboro, um componente-chave do Sistema de Controle
de Empresa InFusion da Invensys, e conseguiu oferecer
uma série de produtos para reforçar ainda mais o sistema,
inclusive Gráficos de Funções Sequenciais de DCS e a
Suíte de Desempenho On-line e ROMeo para as métricas
de desempenho da planta.
O ROMeo é um ambiente de modelação avançado e unificado que fornece aplicativos de otimização on-line para
ajudar os usuários a obter máximo desempenho de suas
unidades operacionais. RO-Meo oferece otimização de
processos em toda a empresa com a modelagem on-line
e capacidades de otimização baseadas em equações, fornecendo informações mais precisas e informações operacionais atuais para melhor gerir as pressões do mercado
em mudança, os valores do produto, custos de energia e
desempenho dos equipamentos.
“A abordagem de migração oferecida pela Invensys
Operations Management mostrou que uma alternativa
ao sistema existente era uma opção viável”, afirmou
Hugh Ferguson. “A simulação também tem se revelado
particularmente útil para resolver problemas de difícil
reprodução, e foi inestimável para alavancar a experiência
dos operadores da usina durante a migração do software
aplicativo”. Inicialmente, a migração do software aplicativo DCS e
o desenvolvimento do modelo de OTS da usina foram
realizados como atividades separadas e paralelas por
equipes de projetos Invensys independentes. Depois de
concluídos, estes dois elementos foram combinados para
permitir testes funcionais na Fábrica, antes da instalação
no local.
Uma vez que a arquitetura do sistema e o hardware
haviam sido especificados, a equipe de DCS Invensys
começou por desenvolver ferramentas de migração
e realizar análises de código; quebrar o aplicativo em
componentes de HMI, lógica de interligação/proteção,
sequências, estratégias únicas e típicas. Os componentes
DCS migrados foram então testados em uma base
modular através de uma combinação de revisões de
código e estes funcionais básicos da Série I/A.
A primeira tarefa da equipe de OTS foi marcar
Diagramas de Tubulação e Instrumentação da planta
(P&IDs), para esclarecer o escopo desejado e a
topologia do modelo de processo SimSci-Esscor
DYNSIM. Quando o modelo estava construído, houve
um teste de aceitação do modelo para demonstrar a
validade da simulação do processo resultante.
As equipes de DCS e OTS se uniram para a fase de
integração e testes. Os controles de DCS e controles
de Turbinas a Gás de terceiros (GE-Mark-Vie) foram
carregados e referências cruzadas de I/O entre estes e o
modelo de processo foram construídas e verificadas.
“A Simulação de Planta auxiliou muito o processo de
migração de software e nos permitiu perceber uma série
de problemas de integração de software antes que o
sistema fosse aceito para instalação no local. Por isso,
estou convencido de que, sem ele, a planta não teria
retomado o serviço tão bem quanto fez, e certamente
teria exigido muito mais tempo de comissionamento”,
disse Hugh Ferguson. “Mas se você estiver usando um
simulador para testes de aceitação de software, evite a
integração de código DCS cedo demais, pois (assim como
na planta real) atualizações de controle, muitas vezes
levam tempo, particularmente se requerem avanços extras
na planta (virtual) para instalar ou testar”.
O comissionamento virtual da usina foi implementado
área por área na planta; Balanço da Planta 1, Balanço da
Planta 2, Turbinas a Gás, Caldeiras de Recuperação de
Calor Residual e Turbina a Vapor. O comissionamento
virtual da usina no simulador imitou o que teria ocorrido
na planta real e incluiu planta pré-arranque, inicialização,
operação de estado estacionário e desligamento por
um operador experiente da Keadby. Quando ficou
demonstrado que era possível operar a usina em
conformidade com os procedimentos operacionais
existentes, a SSE deu o “sinal verde” para avançar com a
fase de instalação do upgrade de DCS no local.
Um Plano Bem Desenvolvido É Um Plano Bem
Executado
O projeto foi entregue a tempo para a interrupção
programada da Keadby e dentro dos parâmetros de
orçamento da SSE. O upgrade do equipamento foi
concluído em menos de 13 dias, em comparação
com os 18 dias que estavam programados. Houve
apenas um pequeno atraso de duas horas na
programação de Retorno ao Serviço, atribuível à
migração para o novo DCS. A solução de migração
exclusiva da Invensys com módulos de I/O plugin permitiu um incomparável tempo mínimo de
inatividade da planta para o projeto.
Além disso, o problema de capacidade de
expansão foi resolvido, pois o novo DCS agora
suporta até 2.000 nós e o carregamento do
processador central está em menos de 25 por
cento da capacidade. A Keadby também desfruta
de configuração on-line simplificada. A Invensys também entregou com êxito um
sistema de OTS baseado em modelo, melhorias
de sequência DCS, diagnóstico/substituições de
interligação de processo, um pacote on-line de
equilíbrio de calor de desempenho reconciliado
através do produto Monitoramento Rigoroso e
Automático de Desempenho, que faz parte da
suíte ROMeo e análise de desempenho de alarme
através da Suíte PAS PlantState de terceiros.
“O projeto cumpriu todos os nossos objetivos
técnicos, e agora temos um sistema suportável
com a capacidade que precisamos para avançar
com uma série de melhorias de controle que
estavam sendo mantidas devido às limitações
do sistema anterior”, afirmou Hugh Ferguson.
“Não apenas a migração foi concluída com um
impacto mínimo sobre as operações de rotina
da planta, também foi possível manter muito da
aparência e sensação do sistema anterior, ao
mesmo tempo em que melhoramos a consistência,
operacionalidade e configurabilidade do sistema.
Além disso, agora temos uma série de novas
ferramentas em nossa caixa de ferramentas. Por
exemplo, o simulador não apenas desempenhou
um papel importante no projeto de migração,
ele agora está mostrando ser particularmente
vantajoso no treinamento de funcionários e como
um aparelho de teste rigoroso para as alterações
de controle e processo”.
O extensivo “upgrade” de migração na Keadby
Power Station resultou em diversos ganhos para a
planta e a SSE agradeceu à Invensys por fornecer
uma solução de migração padronizada e bem
sucedida.
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