Une raffinerie se modernise en migrant vers un système DCS moderne

DCS moderne

Le quatrième plus grand producteur de zinc au monde était confronté à une coûteuse augmentation du nombre d’arrêts imprévus lui coûtant 100 000 $ par heure, ce qui l’exposait à des risques opérationnels et financiers.

Il n’est pas chose aisée d’extraire et de séparer le zinc pur des autres minéraux et matériaux contenus dans le minerai, d’autant plus si vos systèmes de commande existants sont vieillissants et que vous manquez de pièces de rechange, que l’expertise technique est limitée, et que le système est dépourvu de moyens de communication.

Tels furent quelques un des défis techniques auxquels a été confrontée Nexa Resources dans sa raffinerie de zinc près de Lima au Pérou. La plupart de ses technologies de commande et d’automatisation de procédé avaient entre 15 et 20 ans, et ses équipements comportaient de nombreux composants obsolètes qui nécessitaient des pièces de rechange et une expertise spécialisée qui était soit indisponible, soit trop coûteuse.

Après évaluation, Nexa a été réalisé que l’acquisition, même partielle, des pièces de rechange pourrait coûter 50 % du coût total d’un projet, selon Daniel Izarra, ingénieur en charge de l’automatisation chez Nexa Resources.

Nexa était équipée d’un système de commande hybride constitué à 50 % d’un système de contrôle-commande (DCS) de Rockwell Automation et à 50 % d’un système d’un autre fournisseur. Outre le risque d’obsolescence, ils avaient des serveurs de connectivité pour chaque système de commande qui ne pouvaient pas communiquer entre eux, et permettaient seulement d’afficher 1 700 signaux sur l’IHM par le biais de 60 graphiques opérateurs différents.

Par ailleurs, Nexa conservait deux types de stations d’ingénierie différents, ce qui compliquait la formation des utilisateurs, et nécessitait de maintenir une expertise et de disposer des pièces de rechange pour les deux types. Cela signifiait aussi que la maintenance préventive n’était pas une option possible.

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Remède à l’incompatibilité

Face à ce défi, il était devenu évident que Nexa se devait de remplacer les systèmes de commande incompatibles par une technologie moderne et ce, sans avoir d’impact sur la production. Les arrêts consacrés à la migration ont ainsi été limités à deux heures par semaine et quatre heures par mois.

Dans cette étroite fenêtre de temps, il a fallu travailler avec des schémas de système périmés et une expertise technique limitée. Le personnel d’exploitation et le personnel de la raffinerie, qui connaissaient bien les anciennes commandes, craignaient que les changements apportés aux câblages et à la programmation des systèmes ne provoquent l’échec du processus.

Selon M. Izarra, Nexa a opté pour une conception basée sur les extensions de ses anciens systèmes ControlLogix® et CompactLogix™, et a décidé d’intégrer les autres commandes de procédé complémentaires dans un système de contrôle-commande PlantPAx® unifié.

Le projet incluait la mise à niveau du réseau de communication avec un système Ethernet redondant, le renouvellement des stations de travail et des serveurs, l’installation de deux armoires d’E/S distantes (RIO), ainsi qu’une mise à niveau avec des processeurs (CPU) redondants. Le protocole ControlNet existant a pu être réutilisé.

Pour mener à bien ce projet de migration sur deux mois, en minimisant les risques et en mettant en œuvre une planification optimale, M. Izarra explique que son équipe et lui se sont préparés en identifiant au préalable les signaux, les câblages et les borniers de la raffinerie, ce qui leur a finalement permis de planifier des arrêts de production dans les blocs de deux à quatre heures impartis.

Ils ont également eu recours à une formation préalable dans la salle de commande existante, ont procédé à des essais d’acceptation d’usine (FAT) auprès des techniciens Nexa, ont établi les connexions initiales avec la nouvelle plate-forme Rockwell Automation et ont migré les boucles de commande pour chaque zone fonctionnelle.

Ils ont fait tourner l’ancien et le nouveau système de commande en parallèle pendant 2 à 3 mois, pour laisser le temps au personnel de se familiariser avec la nouvelle solution et pour permettre le retour d’information. Ils ont commencé avec des boucles et signaux non-critiques, puis ont migré pompe par pompe. L’identification préalable des signaux et des câblages leur a permis de réaliser la majeure partie de la migration sans interrompre les opérations d’exploitation, de sorte à ne pas être seulement tributaires des périodes d’arrêt.

Optimisation réalisée

Cette migration et la mise à niveau du système de commande ont permis à Nexa d’apporter différentes améliorations, notamment:

  • Fiabilité à 100 % du système de commande de l’application d’hydrométallurgie
  • Réduction à zéro des incidents de sécurité dus aux arrêts du système de contrôle-commande (DCS)
  • Disponibilité de l’assistance technique
  • Raffinerie propriétaire des pièces de rechange requises
  • Coûts réduits grâce à l’intégration incrémentielle de la migration

Nexa a tiré les leçons fondamentales suivantes pour la réussite d’un projet de migration d’un ancien site:

  • Planification optimisée
  • Le personnel d’exploitation et de maintenance doit être impliqué dès le début dans le projet et doit communiquer et se coordonner en permanence avec les zones critiques en vue de définir la planification, les processus de contrôle et d’exécution de ces projets
  • Validation de la documentation technique nécessaire pour évider tout retard lors des périodes d’intervention
  • Nécessité de préparer un plan des contingences diffusé à tous les départements avant d’entamer la migration

Le présent blog s’inspire d’un article rédigé par les rédacteurs du magazine Control.

Jim Montague
Publié 10 Juin 2019 Par Jim Montague, Executive Editor, Control

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