Usina de cogeração a gás substitui SDCD em obsolescência
Desafio
- Usina de cogeração em risco de obsolescência do sistema de processo
- A Ripon Cogeneration estava operando com um SDCD em obsolescência sem suporte local, o que resultou em tempo de parada não programada e longos períodos de localização de falhas do sistema
- Os limites de segurança vinham gravados no sistema, forçando desarmes por ruído e reinicializações da usina
- Uma antiga falha de servidor fez com que a Ripon Cogeneration perdesse valiosas informações de processo e operasse sem acesso a dados essenciais para análise
Soluções
- Sistema de controle de processo PlantPAx com solução de informações integrada – Um único sistema de controle de processo expansível em toda a fábrica e um novo processo para aumentar o acesso a dados históricos e em tempo real, e recursos de relatórios automáticos
Resultados
- Melhora do desempenho do operador
- Diminuição do tempo de partida em aproximadamente 10% e dos desarmes por ruído em 90%
- Fácil conformidade com as especificações normativas
- Mais flexibilidade do operador e capacidade de monitorar variáveis de processo com o sistema PlantPAx
Histórico
A Ripon Cogeneration, uma subsidiária da empresa Veresen, vende energia para uma das maiores concessionárias do país, ajudando a fornecer energia para residências e empresas em grande parte do norte e do centro da Califórnia. A turbina na usina com capacidade de 50 megawatts, localizada em San Joaquin Valley, também gera vapor que é utilizado para a produção de água destilada, que é usada no fabricante de processo adjacente.
Em 2012, os proprietários da fábrica de 25 anos decidiram aposentar o sistema digital de controle distribuído (SDCD) obsoleto.
“Nosso sistema obsoleto não conseguia mais manter o desempenho e os reparos eram muito caros”, disse Brett Weber, gerente de operações e manutenção da Ripon Cogeneration. “Além disso, pouquíssimas pessoas ainda entendiam o sistema em obsolescência, e tínhamos suporte limitado dos fornecedores. Era preciso fazer algo a respeito.”
Desafio
O grande problema: várias medidas protetoras estavam codificadas no SDCD. Assim, até pequenos desvios em variáveis de processo (por exemplo, temperatura) deixavam o sistema inteiro off-line e forçavam o encerramento da usina. Os operadores e técnicos só podiam reagir aos desarmes de segurança, que ocorriam com muita frequência.
A reinicialização da turbina a gás e dos subsistemas críticos que serviam de suporte, incluindo o resfriador, osmose reversa e a fábrica de água destilada, demorava cerca de uma hora sempre que a fábrica era encerrada, diminuindo a produção da usina.
As várias inicializações também colocavam a usina em risco de ultrapassar os limites de emissão. Assim como um carro emite mais gases quando o motorista pisa no freio, as centrais elétricas emitem mais combustíveis durante as inicializações. As emissões de centrais elétricas e outros possíveis impactos ambientais são rigidamente controlados na Califórnia. No total, a Ripon opera com autorização de 12 órgãos reguladores diferentes que monitoram tudo, desde a qualidade do lençol freático até os níveis de amônia ao redor da fábrica.
Operar com um SDCD praticamente antiquado era complicado devido à falta de suporte local para reparos ou manutenção especializada.
“Sempre que havia um grande problema no sistema, precisávamos esperar o suporte, às vezes até três semanas”, disse Weber. Os problemas de manutenção e reparo acabaram ficando mais frequentes, mais caros e mais demorados.
Para complicar, em 2012, a Ripon perdeu completamente seu histórico de processos quando o servidor da fábrica quebrou. Além de um sistema SDCD com falha, a Ripon perdeu todos os seus dados. Só para consertar o servidor e recuperar o histórico, seria necessário investir US$ 20.000, sem garantia de que os dados seriam recuperados.
Além disso, relatórios de produção diários estavam sendo gerados manualmente. Os operadores da fábrica registravam dados dos medidores do sistema de controle e os transcreviam manualmente de páginas da Web, os inseriam em um relatório de produção que enviavam para o vice-presidente em um local remoto. A produção do relatório manual levava de uma a duas horas por dia.
“Quando o novo COO da empresa visitou a fábrica e viu que estávamos trabalhando desse jeito, decidiu que era preciso mudar”, disse Weber. “Ele só levou 30 minutos para tomar a decisão e aprovar a recomendação da fábrica para implementar um novo sistema de controle com uma solução de informações integrada.”
Solução
O novo sistema inclui uma plataforma de controle multidisciplinar, expansível e habilitada por informações que combina controle de segurança e de processo com comunicação e E/S de última geração. O sistema é equipado com 750 pontos de E/S e consegue coletar até 1.000 pontos de dados de processo. A antiga rede proprietária da fábrica foi substituída por EtherNet/IP™, permitindo a instalação fácil do novo sistema e a integração perfeita aos subsistemas existentes da fábrica.
Para eliminar o processo manual e propenso a erros de coleta de dados da fábrica, o sistema PlantPAx™ inclui um software de histórico de dados, bem como um portal de visualização, análise e relatórios que fornece painéis com base em função com informações em tempo real sobre a produção. Os recursos de visualização no nível de supervisão incluídos no sistema PlantPAx fornecem aos operadores informações ideais sobre a produção e diagnóstico, incorporados perfeitamente na sala de controle de operador reformulada e atualizada da Ripon. O sistema PlantPAx aproveitará todos os dados históricos do sistema de processo e automatizará os relatórios de produção diários, permitindo que os operadores da fábrica se concentrem mais nas operações do sistema do que nos relatórios manuais diários.
Antigamente, a Ripon não entendia plenamente o que causava falhas do sistema. Caso específico: o cenário da turbina a gás da usina. Há um ponto de controle específico na turbina a gás, chamado de T2, a temperatura do ar de entrada da turbina. O sistema PlantPAx permite que os operadores observem melhor a temperatura T2 e o que a afeta, para que possam reagir a alterações de modo proativo, melhorando a produtividade.
Resultados
O sistema PlantPAx fornece um único protocolo coeso de comunicação aberta e melhorou o desempenho geral da usina na Ripon. Os benefícios do projeto incluem:
- Redução significativa na quantidade de encerramentos – Os desarmes por ruído diminuíram quase 90% com o novo sistema.
- Conformidade com a regulamentação – Como há poucos encerramentos não planejados, a usina inicia o sistema apenas uma vez por dia, mantendo as emissões dentro do limite. “A implementação do sistema PlantPAx nos ajudou indiretamente a cumprir todas as outras obrigações de regulamentação porque os controles são automatizados e os operadores podem monitorar as condições em tempo real”, disse Weber.
- Redução do tempo de inicialização – Em vez de levar uma hora para reiniciar a usina, o novo sistema demora aproximadamente 45 minutos.
- Variáveis de processo controláveis – A equipe agora pode monitorar as variáveis do sistema com facilidade com os painéis do PlantPAx e decidir se deve resolver as pequenas falhas ou encerrar o sistema se necessário.
- Uma única rede, aberta – A Ripon pode expandir a usina com mais facilidade e aproveitar os novos dispositivos e equipamentos com base em Ethernet. Além disso, a rede não proprietária simplifica o processo de contratação e treinamento porque os novos engenheiros não precisam de conhecimentos especializados para operar e localizar falhas do sistema.
- Inteligência de produção – Os operadores da fábrica poderão ver e aproveitar dados do sistema em tempo real para resolver problemas à medida que ocorrem e garantir que a usina raramente opere com capacidade máxima. Suporte para fornecedores locais – Os especialistas da Maverick Technologies e da Rockwell Automation podem reagir rapidamente se necessário.
“Do ponto de vista estético, o sistema de controle de automação totalmente integrado da Ripon oferece uma experiência nova para o operador”, disse Weber.
“Quando você está no lugar do operador, parece que está dirigindo um carro completo, não um carro com carroceria da Chevrolet, motor da Ford e painel da Toyota”, disse Weber. “Esse projeto estabeleceu o padrão para todos os projetos futuros na fábrica, e é um modelo para o projeto de fábrica da Veresen.”
