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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA CURSO DE ENGENHARIA DE CONTROLE E AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL Reforma da Automação da FPSO P34 Monografia submetida à Universidade Federal de Santa Catarina como requisito para a aprovação da disciplina: DAS 5511 Projeto de Fim de Curso Elson Gustavo Mota Arruda Florianópolis, Outubro de 2005

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA

CURSO DE ENGENHARIA DE CONTROLE E AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL

Reforma da Automação da FPSO P34

Monografia submetida à Universidade Federal de Santa Catarina

como requisito para a aprovação da disciplina:

DAS 5511 Projeto de Fim de Curso

Elson Gustavo Mota Arruda

Florianópolis, Outubro de 2005

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Reforma da Automação da FPSO P34

Monografia submetida à Universidade Federal de Santa Catarina

como requisito para a aprovação da disciplina:

DAS 5511: Projeto de Fim de Curso

Elson Gustavo Mota Arruda

Florianópolis, outubro de 2005

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Reforma da Automação da FPSO P34

Elson Gustavo Mota Arruda

Esta monografia foi julgada no contexto da disciplina DAS 5511: Projeto de Fim de Curso

e aprovada na sua forma final pelo Curso de Engenharia de Controle e Automação Industrial

Banca Examinadora:

Eng. Jair Tartari

Prof. Dr. Nestor Roqueiro

Prof. Augusto Humberto Bruciapaglia Responsável pela disciplina

Prof. xxxxxxx, Avaliador

Diego Soares Silvestre, Debatedor

Charles Alberton Herdt, Debatedor

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i

Agradecimentos

Agradeço ao coordenador do Projeto, o Engenheiro Wagner Bertani, pela

paciência em transmitir seu conhecimento. A Dona Olga por me apoiar e me ajudar

nos problemas de logística. Ao meu orientador na Unicontrol, o Engenheiro Jair

Tartari. A todos que de uma forma ou de outra me ajudaram.

Ao orientador Nestor Roqueiro e ao coordenador do PRH34, o professor

Daniel Juan Pagano, pela oportunidade e confiança depositada. A todos os

professores do departamento, sempre preocupados em manter a qualidade do

ensino.

Ao apoio financeiro da Agência Nacional do Petróleo – ANP, e da

Financiadora de Estudos e Projetos – FINEP, por meio do Programa de Recursos

Humanos da ANP para o Setor de Petróleo e Gás PRH-34 ANP/MCT.

Aos meus amigos que mesmo com a distância se fizeram presentes. Aos

meus vizinhos, moradores do Hospedário (Alice, Renacha, Marcelo, Carol, Ciro e

Jonathan), que ajudaram a melhorar minha estadia em São Paulo, proporcionando

muitos bons momentos.

A minha família, e em especial a minha mãe, por me apoiarem sempre.

Deus.

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Resumo

Neste trabalho apresentarei as atividades desenvolvidas para a reforma do

navio plataforma (FPSO) P34.

Estes trabalhos de reforma estão basicamente divididos em reforma de

hardware e de software.

A reforma de hardware envolve a distribuição física de pontos de entradas e

saídas adicionais e o projeto dos painéis.

A reforma de software diz respeito a migração da lógica de ladder do

programador utilizado na fabricação da plataforma para o programador atual bem

como as modificações necessárias.

Também apresento aqui aspectos de redundância utilizados neste projeto e

as atividades que ainda estão por ser executadas.

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Abstract

In this work I will present the works developed for the reform of the FPSO

(Floating Production Storage and Offloading) P34.

These works basically are divided in software and hardware reform.

The hardware reform involves the physical distribution of inputs and outputs

you add and the project of the panels.

The software reform means the migration of the ladder logic of the

programmer used in the manufacture of the platform for the current programmer as

well as the necessary modifications.

Also I present in this work aspects of redundancy used in this project and the

activities that still are for being executed.

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Sumário

Agradecimentos................................................................................................. i

Resumo ............................................................................................................ ii

Abstract ........................................................................................................... iii

Sumário ........................................................................................................... iv

Simbologia....................................................................................................... vi

Capítulo 1: Introdução ......................................................................................1

1.1: Unicontrol...............................................................................................2

1.2: Contrato Petrobrás – Unicontrol.............................................................5

1.3: FPSO .....................................................................................................5

1.3.1: FPSO P34 – Presidente Prudente de Morais..................................6

Capítulo 2: Reforma de Hardware:...................................................................8

2.1: Painéis .................................................................................................11

2.1.1: Alocação das Entradas e Saídas nos Painéis...............................15

2.2: Cabeamento ........................................................................................17

Capítulo 3: Reforma de Software ...................................................................18

3.1: Diferenças entre CLPs da Série 90-70 e PACSystem .........................18

3.1.1: Seqüência de Execução do Ladder...............................................20

3.2: Migração do LM 90-70 para CME ........................................................21

3.2.1: Procedimentos de Migração..........................................................22

3.3: Migração do PLC Série 90-70 pata PACSystem RX7i.........................23

3.4: Implementação da Lógica para os Pontos Adicionais .........................24

Capítulo 4: Sistema de Redundância .............................................................26

4.1: Hot Stand-by Série 90-70 ....................................................................26

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4.2: Hot Stand-by PACSystem....................................................................27

4.3: Redundância na Rede de Entradas e Saídas Distribuídas..................28

4.3.1: Geração do Sistema de Redundância para o PACSystem RX7i ..29

Capítulo 5: Conclusões e Perspectivas ..........................................................31

5.1: Atividades futuras ................................................................................31

Bibliografia:.....................................................................................................33

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Simbologia

AI Entrada Analógica

AIH Entrada Analogia com HART

AO Saída Analógica

AOH Saída Analógica com HART

BRASOIL Braspetro Oil Services Company

BCSS Bomba Centrífuga Submersa Submarina

CLP Controlador Lógico Programável

CME Cimplicity Machine Edition

CPU Unidade Central de Processamento

DI Entrada Digital

DIM Entrada Digital Monitorada

DO Saída Digital

DOM Saída Digital Monitorada

DOR Saída Digital a Relé

ECOS Estação de Controle e Operação do Sistema

EGD Ethernet Global Data

FPSO Floating Production Storage and Offloading

GBC Controlador da Rede Genius

GE General Electric

HBR Hot Back-up Redundancy

IO Entradas e Saídas

PI Entrada de Pulso

PRH Projeto de Recursos Humanos

SDCD Sistemas Digitais de Controle Distribuído

TAC Teste de Aceitação de Campo

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Capítulo 1: Introdução

Neste trabalho serão abordados aspectos da reforma de software e de

hardware de uma FPSO.

As etapas envolvidas na reforma de hardware são a definição dos

equipamentos, distribuição e desenho de painéis. Este processo é baseado de início

na listagem de entradas e saídas fornecida pele cliente e segue uma série de

especificações técnicas exigidas por ele.

A reforma de software envolve a migração da lógica ladder para o novo

software de programação, implementar a lógica para os pontos adicionais e o

desenvolvimento das telas do supervisório. O desenvolvimento do ladder é

completamente dependente de instruções fornecidas pelo cliente, explicando a

lógica a ser executada. O desenvolvimento das telas do supervisório será feito por

outro departamento da Unicontrol e não será abordado aqui.

Os trabalhos aqui desenvolvidos são de Informática Industrial, ministrados no

curso de Engenharia de Controle e Automação. São aspectos de hardware de CLP

e programação de ladder. Diversos aspectos, como terminologia e conhecimento

dos processos foram providos por disciplinas oferecidas pelo PRH34 tais como

Fundamentos de Engenharia do Petróleo e os Seminários de Petróleo e Gás.

Este projeto tem a característica de ser uma aplicação de engenharia. Esta é

uma aplicação muito particular, visto que uma plataforma de petróleo engloba

muitas tecnologias talvez até suficientes para um curso de graduação. Por se tratar

de uma reforma, esta aplicação tem características próprias, já que, temos um

processo já implementado e amadurecido num ambiente em que muitas soluções

novas surgem para problemas antigos. Estas características possibilitam um amplo

horizonte de processos a conhecer e problemas a resolver (ou melhorar a solução

dada).

Visto que não se trata de uma atividade de pesquisa e sim de aplicação de

conhecimentos, neste relatório exponho as tecnologias aplicadas nas atividades em

que trabalhei durante o processo de reforma da plataforma.

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Por ser uma aplicação comercial, já existem uma série de normas que devem

ser seguidas durante a execução do projeto. Antes do início dos trabalhos foi

necessário um estudo detalhado da documentação existente, por exemplo, existe

algumas normas para a implementação em ladder de algumas lógicas mais

comumente utilizadas. Algumas normas e Especificações Técnicas podem ser vista

em [ 1 ], [ 2 ] e [ 3 ].

Este relatório está organizado da seguinte maneira:

• Capítulo 2. Reforma de Hardware: Onde são apresentadas a seqüência

dos trabalhos desenvolvidos de maneira detalhada com alguns exemplos

das aplicações.

• Capítulo 3. Reforma de Software: Onde são tratados os aspectos de

migração do software e também é apresentado a maneira como a

ampliação do software será feita.

• Capítulo 4. Sistema de Redundância: Neste capítulo são apresentados os

objetivos e os princípios da redundância e as configurações aplicadas

neste projeto, seja de CLP ou de rede de entradas e saídas distribuídas.

• Capítulo 5. Conclusão: Aqui são apresentadas as visões gerais do projeto

bem como algumas atividades ainda por serem executadas.

1.1: Unicontrol

A Unicontrol é uma empresa brasileira de Prestação de Serviços de

Engenharia Industrial que agrega tecnologias de Controle & Automação, Elétrica e

de Instrumentação.

A Unicontrol foi fundada em 1984 para atender às necessidades do mercado

emergente de sistemas digitais de controle para a indústria e vem atuando desde

então nos mercados químico e petroquímico, papel e celulose, siderurgia e

mineração, saneamento e meio-ambiente e petróleo e gás, com mais de cem

sistemas fornecidos.

Desde sua criação a Unicontrol participou de vários projetos importantes da

indústria nacional os quais são destacados cronologicamente abaixo, em conjunto

com alguns eventos de relevância significativa à sua jornada.

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1985/86 - Implantação do primeiro grande projeto brasileiro de Sistemas

Digitais de Controle Distribuído (SDCD) na Petroquímica União PQU em Mauá-SP.

1986/87 - Implantação de SDCD para controle de aproximadamente 1500

pontos dos processos contínuos e de batelada da Fábrica de Lycra da Du Pont em

Paulínia-SP.

1988/89 - Implantação de SDCD para controle de aproximadamente 6500

pontos, com 55 painéis e 9 consoles de operação para a REPLAN, Refinaria do

Planalto em Paulínia - SP, maior refinaria da PETROBRAS.

1989/90 - Fornecimento de SDCD com 240 painéis de automação, 16

consoles de operação para a ARACRUZ Celulose no Espírito Santo, maior fábrica

de celulose de fibra curta do planeta.

1991/92 - Fornecimento de SDCD para 2400 pontos de controle para a

REFAP, Refinaria Alberto Pasqualini no Rio Grande do Sul.

1993/94 - Fornecimento de SDCD e Serviços de Engenharia, Procurement e

Montagem de "Retrofit" de 255 válvulas de petróleo e combustíveis da REVAP,

Refinaria do Vale do Paraíba São José dos Campos - SP.

1995/97 - Plataforma FPSO PETROBRAS XXXIV - Bacia de Campos.

Engenharia de Software e Hardware e Fornecimento de equipamentos para Sistema

de Controle baseado em CLPs e Software Supervisório VXL sob Sistema

Operacional OpenVMS.

1996/97 - Plataforma de Produção PETROBRAS XIX. Fornecimento de

Sistema baseado em CLP para 7000 pontos e interface com CCMs, com painéis

fabricados e testados pela Unicontrol.

1996/98 - Plataforma de Produção PETROBRAS XXVI. Fornecimento de

Projeto do Hardware e do Software dos Painéis do Sistema de Automação.

1997/98 - Plataforma FPSO PETROBRAS XXXI. Fornecimento, Projeto e

Desenvolvimento do Software dos Painéis de Controle.

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1997/2000 - Plataforma de Produção PETROBRAS Pampo. Desenvolvimento

de Software do Sistema de Supervisão e Controle baseada em software

supervisório In Touch da Wonderware

1998/99 - Plataforma de Produção PETROBRAS XXVII. Projeto de

Arquitetura do Sistema de Controle, Interface com a Instrumentação e com o

Sistema Elétrico.

1999/2000 - Plataformas de produção Xaréu da Petrobrás. Engenharia e

programação das unidades terminais remotas e sistema de comunicações de dados

via rádio.

1999/2001 - Plataforma de Produção PETROBRAS XXXVIII. Engenharia e

Fornecimento de Painéis para o Sistema de Automação e Controle com Certificação

no Brasil.

2000/01 - Refinaria RELAM da PETROBRAS na Bahia. Desenvolvimento de

lógica de controle e intertravamento da Caldeira. Projeto, configuração, testes e

comissionamento.

2001/04 - Gasoduto Brasil Bolívia -GASBOL. Fornecimento do Sistema de

Automação de todas as Estações de Compressão.

2002/04 - FPSOs Barracuda e Caratinga. Contrato sob regime Turn-Key para

fornecimento do sistema de controle e parte da instrumentação específica de uso

off-shore.

2003 - Gás Brasiliano Distribuidora. Fornecimento do Sistema SCADA para

Supervisão e Controle das Redes de Distribuição de Gás Natural da Região

Noroeste do Estado de São Paulo.

Desde o ano 2001 a Unicontrol passa a ter controle acionário (60%) da

canadense Sea Systems, empresa especializada em engenharia e automação. Esta

empresa, responsável pela engenharia de instrumentação e automação das

plataformas offshore canadenses Hibernia e Terranova, pertence ao grupo

canadense Rutter Technologies.

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Com esta nova formação societária a Unicontrol alia sua experiência com a

reconhecida metodologia de projetos da Sea Systems e o respaldo financeiro do

grupo Rutter. [ 4 ]

1.2: Contrato Petrobrás – Unicontrol

Este contrato de reforma não é firmado diretamente entre a Petrobrás e a

Unicontrol. A licitação para reforma da FPSO P34 foi lançada pela BRASOIL. A

BRASOIL é uma subsidiária da Petrobrás e é uma empresa independente, com

diretoria própria.

O vencedor desta concorrência foi a empreiteira GDK S.A.. A licitação

engloba reforma mecânica, estrutural, elétrica e de automação. A Unicontrol foi sub-

contratada pela GDK para realizar a reforma de automação deste projeto. Esta fatia

do projeto engloba por sua vez, a reforma, ampliação, atualização e integração do

sistema ECOS.

A automação a ser realizada pela Unicontrol não inclui transdutores, sensores

ou acionamentos. Desta forma as responsabilidades da Unicontrol consistem em

especificar, montar, configurar e programar os CLPs e sistema de supervisão. Não

sendo responsável pelos sinais de entrada e saída que serão utilizados pelo

sistema.

O navio em que foi construído a FPSO P34 pertence a BRASOIL e por

motivos tributários tem bandeira internacional (Panamenha).

Por solicitação da BRASOIL toda documentação deverá ser apresentada em

inglês.

1.3: FPSO

FPSO – unidade Flutuante de Produção, Armazenagem e Descarregamento

do inglês: Floating Production Storage and Offloading. Um sistema de tanques

flutuantes usado pela indústria offshore de óleo e gás.

A produção de óleo offshore pode ser transportada para terra diretamente por

oleoduto ou pode ser temporariamente armazenada em tanques. Quando a solução

de tanques é adotada, freqüentemente um petroleiro é reformado e equipado para

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poder ser conectado aos poços. O petróleo é acumulado até que haja uma

quantidade suficiente para carregar um petroleiro.

Para a construção das FPSO são utilizados petroleiros de cascos simples.

Estes petroleiros são utilizados pois não poderão navegar em águas norte

americanas a partir de 2010. Esta atitude dos EUA é uma reação ao acidente

ocorrido em 1989 com o petroleiro Exxon Valdez no Alaska. [ 5 ]

Por receio de que os petroleiros proibidos de navegar nos EUA passassem a

operar em outros países a União Européia também criou leis regulamentando estes

petroleiros e o congresso brasileiro tem projeto de lei semelhante tramitando desde

2000, impondo prazos para proibição da circulação destes petroleiros, que variam

de 2005 a 2015 dependendo do porte do navio. [ 6 ]

Algumas FPSOs já realizam um pré-processamento do óleo. Processos como

separação de óleo, gás e água e dessanilização do óleo.

Um exemplo de uma FPSO pode ser visto na Figura 1.

Figura 1: Aplicação típica de um PFSO

1.3.1: FPSO P34 – Presidente Prudente de Morais

Começou a produzir na Bacia de Campos em 1997 a 80Km da costa em uma

lâmina d’água de 785m.

Em 2004 estava produzindo aproximadamente 34K bpd e 195K m3 de

gás/dia. Captando esta produção de oito poços.

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No dia 13 de outubro de 2004 a P34 teve uma pane elétrica, que causou a

abertura de válvulas ocasionando um deslocamento do óleo armazenado para

apenas um lado do navio. A FPSO adernou 32º e obrigou 30 funcionários a deixar o

navio a nado. Não houve vazamento pois a produção foi interrompida

automaticamente pelo sistema de E&S (Desligamento de Emergência). Depois de

quatro dias o navio foi recuperado (colocado em posição normal) e então retirado

para reforma.

Hoje está ancorado num estaleiro em Vitória. A Petrobrás planeja que a

reentrada em operação da P34 ocorra em dezembro de 2005, com nova capacidade

de produção de 65K bpd.

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Capítulo 2: Reforma de Hardware:

A configuração de hardware de controle da P34 antes da reforma consistia

em 3 unidades de controle baseados em CLPs da Série 90-70 da GE-Fanuc. Destas

três unidades de controle duas funcionam com redundância Hot Stand-by.

Estas três CPUs controlam os cinco subsistemas do navio (Emergency Shut

Down-ESD, Eletric, Process, Fire and Gas-F&G e Utility) e antes da reforma

estavam divididos em 4 conjuntos de painéis.

Os subsistemas estão divididos entre as CPUs conforme distribuição

mostrada na Tabela 1.

CPU 1 CLP 1 e 2

CLP Principal e Back-up

Painel 1

PN-540001

ESD, Eletric e Utility

CPU 2 CLP 3 Painel 4

PN-540004

F&G, Process e Loop Control

CPU 3 CLP 4 e 5

CLP Principal e Back-up

Painel 2

PN-540002

Process (Turret)

Tabela 1: Distribuição dos processos entre as CPUs

O processo de reforma prevê um aumento dos pontos de entrada e saída

(digitais e analógicas) do sistema. Este aumento é detalhado na Tabela 2.

TAG

Número de Pontos Pré

reforma

Número de Pontos

Reforma

Número Total de Pontos Aumento (%)

Contador de Pulso PI 0 21 21

Entradas PTC 24 0 24 0.00%

Entradas Termopar 12 0 12 0.00%

Entradas Analógicas AI 438 320 758 73.06%

Entradas Dig (120Vac) DI 120Vac 400 0 400 0.00%

Entradas Digitais (24Vcc) DI 1264 310 1574 24.53%

Saídas Analógicas AO 48 41 89 85.42%

Saídas Dig (120Vac) DO 120Vac 384 0 384 0.00%

Saídas Digitais (24Vcc) DO 944 203 1147 21.50%

Saídas Digitais (relé) DOR 176 0 176 0.00%

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3690 895 4585 24.25%

Tabela 2: Pontos adicionais na reforma

Esta ampliação resultou na criação de um 5º painel que comportará os

cartões de entrada e saídas distribuídos das CPUs 1 e 3 (CLPs 1 e 2 e CLPs 4 e 5)

Das três CPU’s do projeto, duas não sofrerão modificação da configuração e

terão somente uma adição do número de entradas e saídas.

Das CPUs que não sofrerão atualização de hardware uma é controlada por

um CLP 90-70 simplex (ou seja, sem um sistema de redundância) e a outra CPU

consiste de uma configuração de dois CLPs operando com uma redundância Hot

Stand-by. Estas CPUs passarão por uma atualização de software de configuração e

programação mas continuarão com a mesma configuração de hardware. No caso da

CPU redundante, o sistema de redundância continuará sendo baseado no software

HBR e a placa BIT3.

A 3ª CPU, que também era um CLP 90-70, será trocada por um CLP

PACSystem RX7i, também da GE-Fanuc. O sistema de redundância será atualizado

para uma configuração própria da linha de controladores PACSistem, que utiliza um

módulo chamado “Memory Xchange” e é configurado pelo mesmo software de

programação do CLP.

Na Figura 2 temos uma visão geral do sistema ECOS.

Nesta figura são representadas as estações de Controle e Supervisão na

Sala de Controle e a comunicação do sistema ECOS com as CPUs, feita utilizando

Ethernet. Também são representados os cinco painéis do sistema de automação.

Imediatamente abaixo da Sala de controle é representado o Painel 1 (PN-540001)

com os CLPs 1 e 2 (principal e backup) juntamente com os controladores da rede de

controle distribuído.

A representação dos CLPs e controladores de rede distribuídos do Painel 1

ilustra que o CLP 1 e CLP2 têm a mesma configuração de HW e que cada rede de

entradas e saídas distribuídas tem 2 controladores em cada CLP. Mais aspectos do

sistema de redundância serão esclarecidos no Capítulo 4.

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O Painel 2 (PN-540002) também é mostrado com sua configuração de CLPs

redundantes Hot Stand-by bem com o Painel 3 (PN-540003) com um CLP simplex e

os respectivos controladores de rede de entrada e saída distribuída.

Os painéis 3 e 5 (PN-540003 e PN54-0005, respectivamente) somente

armazenam os cartões de entrada e saída da rede de controle distribuído.

Figura 2: Visão geral da arquitetura do sistema de automação

Esta configuração do sistema de controle é, de maneira geral, a mesma

configuração pré-reforma da plataforma, ressalvando-se o aumento dos pontos de

entrada e saída que resultaram na inclusão do Painel 5.

Além da migração serão adicionados pontos de IO. Muitos destes pontos são

devido a uma re-estruturação da plataforma buscando o aumento da produção de

petróleo.

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A plataforma P34 voltará para operação em um campo de extração diferente

do que operava antes da reforma e contará com duas BCSS (Bomba Centrífuga

Submersa Submarina) que estarão sob aproximadamente 2000m de lâmina d’água.

Estas BCSSs serão testadas de maneira piloto (em lâminas d’água desta

grandeza) na P34, extraindo óleo de alta viscosidade, para futuras aplicações em

maior escala. A Petrobrás tem projetos de construir uma FPSO (P57) que operará

também em 2000m de lâmina d’água e contará com 17 BCSS para uma produção

nominal estimada de 300K bpd.

A BCSS não faz parte do escopo deste trabalho, mas estas bombas têm um

importante papel estratégico na extração de Petróleo. Com a utilização de BCSS,

será possível atingir distâncias da ordem de 20 Km entre poços explorados pela

mesma plataforma. Isto permite vislumbrar soluções em que uma FPSO poderá

testar ou produzir dois reservatórios afastados com distancia de até 20 Km entre

cabeças de poço, podendo atingir até 25 Km entre alvos se considerarmos o uso de

poços horizontais. Normalmente num TLD (Teste de Longa Duração) convencional,

o poço produtor fica num raio de afastamento máximo em torno de 5 Km da FPSO.

[ 7 ]

Embora estas bombas não sejam do escopo de fornecimento da Unicontrol,

uma considerável parte dos pontos e entradas e saídas adicionais neste projeto são

provenientes destas bombas. Além do aumento do número de entradas e saídas há

a implementação do Ladder para controle e intertravamento destas bombas que é

de responsabilidade da Unicontrol.

2.1: Painéis

O projeto dos painéis é uma importante etapa no projeto de hardware de

automação.

Após recebermos, do cliente, as listas com as quantidades e os tipos de

entradas e saídas que serão utilizados procedemos com a seleção dos módulos de

Entrada e Saída para a rede distribuída dos CLPs e na seqüência fazemos a

alocação dos módulos nos painéis.

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12

Os painéis são divididos em seções, a primeira seção é reservada para a

CPU, alocando o CLP primário e secundário e as seções subseqüentes são

destinadas aos controladores de rede distribuída e na seqüência os cartões de

entrada e saída. Esta é uma seqüência de alocação para painéis que contém CPU,

quando da ausência de CPUs segue-se uma seqüência similar entendendo-se que

a primeira seção não será reservada para a CPU.

A P34 antes da reforma contava com quatro conjuntos de painéis e com esta

reforma passará a ter cinco conjuntos de painéis do sistema de automação, sendo

que este 5º painel armazena somente cartões de entrada e saída da rede de

controle distribuído.

Para um melhor entendimento da estrutura de um painel, utilizarei como

exemplo o Painel 1 (PN-540001). Este painel tem seis seções, a primeira seção

chamada “Section PLC” e mais cinco seções que comportam os controladores de

rede e os cartões de entrada e saída distribuídos.

Na Figura 3 temos uma visão frontal do Painel 1. Este é um dos desenhos

feitos na Unicontrol, após dimensionamento do painel, e é utilizado para a

fabricação do painel.

Figura 3: Vista frontal Painel 1 (PN-540001)

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A primeira seção deste painel (Section PLC) será utilizada para a montagem

do CLP 1 e 2 numa configuração de redundância Hot Stand-by. Um desenho para

montagem pode ser visto na Figura 4.

Figura 4: Esquema de montagem da seção CLP do Painel 1 (PN-540001)

Nas seções em que são alocados os cartões de entrada e saída da rede de

controle distribuído as limitações podem ser duas.

Uma limitação é dada pelo número de cartões de entradas e saídas que o

painel suporta em seus racks.

Outra limitação, menos obvia, é imposta pelos bornes de passagens que

ficam alocados nas paredes laterais dos painéis (CUT AA e CUT CC). Mesmo que

os bornes seccionadores (para sinais de entrada) tenham uma altura de 5mm e os

bornes seccionadores fusíveis (para sinais de saída) uma altura de 8mm estes

bornes podem ser utilizados em grande número, causando uma limitação de espaço

no painel.

A Petrobrás exige que todos os sinais que entram em um painel devem

passar por um borne seccionador e fusível e todo sinal que sai deve passar por um

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borne seccionador do tipo faca. Desta forma, dependendo dos tipos de sinais que

um painel armazena, este será limitado por um ou por outro fator.

Como exemplo destas limitações podemos ver na Figura 5 o esquema de

montagem da seção 4 do Painel 1 (Section 4 – PN-540001). Nesta figura podemos

observar que o fator limitante foi a quantidade de blocos de entradas e saídas da

rede de controle distribuído, visto que na régua de borne esquerda (RB4-E em CUT

AA) ainda há espaço.

Figura 5: Esquema da Seção 4 do Painel 1 mostrando limitação por cartões

Um exemplo da limitação por bornes de passagem também pode ser

encontrado no Painel PLC, entretanto um exemplo mais explícito pode ser visto na

Figura 6, que mostra a seção 1 do Painel 5 (Section 1 – PN540005). Nesta figura

podemos observar que ainda existe espaço nos racks do painel para alocação de

cartões de entrada e/ou saída, entretanto as réguas de borne não suportariam tal

acréscimo.

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Figura 6: Esquema da Seção 1 do Painel 5 mostrando limitação por borne de

passagem

2.1.1: Alocação das Entradas e Saídas nos Painéis

Esta é a primeira etapa do projeto de painéis, mas para um melhor

entendimento está aqui apresentado após a explicação dos painéis.

Por especificação da Petrobrás o projeto deve ter uma capacidade adicional

instalada de 10% de entradas e saídas citadas na Tabela 2. Além deste adicional

instalado os CLPs e os Painéis devem suportar mais 10% de expansão de todos os

tipos de entrada e saída.

Esta é a etapa mais artística do projeto: alocar os pontos de entradas e

saídas nos painéis, passando pela seleção dos cartões da rede de controle

distribuído (existem cartões com densidades diferentes, por exemplo, cartões de

entradas digitais com 16 pontos ou 32 pontos). Esta seleção é feita paralelamente

com a distribuição dos pontos pelos painéis, buscando manter juntos os pontos

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provenientes de um mesmo Sub-sistema (F&G, ESD, Process...) bem como manter

os tipos de pontos (entradas digitais, saídas analógicas...) agrupados sempre que

possível.

Para auxiliar neste projeto faz-se uso de planilhas, como a apresentada na

Tabela 3, onde são quantificados os comprimentos dos Bornes de Passagem para

cada tipo de cartão (tipo de sinal).

Bornes de Passagem (largura em mm)

TAG

(Tipo IO)

Densidade do

Cartão de IO

WDU 2.5/10/BEZ

Borne Passagem

Seccionador

WSI6 - Borne

Fusível

WTR 2.5 - Borne

Passagem

Larg. Total

da Borneira

AIA 6 5 8 0 138

AIAH 6 5 8 0 138

AIH 6 5 8 0 108

AOH 6 5 8 0 108

DI 16 5 0 5 160

DIM 16 5 0 5 160

DO 16 5 8 0 208

DOM 16 5 8 0 208

PI 4 5 0 5 60

Tabela 3: Dimensionamento das borneiras para cada tipo de cartão

Com o auxílio dos dados obtidos da Tabela 3 construímos a Tabela 4 onde

fazemos uma distribuição dos cartões pelos painéis e podemos checar a quantidade

de cartões e o tamanho dos Bornes de Passagem, que são fatores limitantes na

capacidade de um painel.

As quantidades parciais de cada seção (Sec) são adicionadas manualmente

com valores retirados da Tabela 3.

Sec

1-e

Sec

1-d

Sec

2-e

Sec

2-d

Sec

3-e

Sec

3-d

Sec

4-e

Sec

4-d

Sec

5-e

Sec

5-d

Sec

6-e

Sec

6-d

Sec

7-e

Sec

7-d

800 800 414 1242 276 0 800 320 138 1080 1080 648 540 324 832 416 966 0 864 0 416 160 138 0 0 0 540 0 0 416 0 0 0 0 180 416 540 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 240 0 0 0 0 0 0

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Totais (mm) 1632 1632 1380 1242 1140 0 1396 1136 816 1080 1080 648 1080 324

Tabela 4: Dimensionamento dos cartões e borneiras do Painel 5

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2.2: Cabeamento

Um importante aspecto ao se tratar-se sobre o cabeamento é que após o

acidente com a P36 a Petrobrás passou a exigir que a fiação utilizada em

plataformas além de antichama devessem ser livres de halogênio (halogen free).

Existem estatísticas que mostram que com a utilização de retardadores de

chama o risco de morte ou ferimento pode ser reduzido de 30 a 90%, entretanto a

maioria dos retardadores de chama utiliza bromo. Estes retardadores são os BRFs

(Retardadores de Chama Bromados).

Há, entretanto, uma preocupação crescente com os gases tóxicos liberados

na queima e a utilização de cabos livres de halogênio reduzem consideravelmente a

emissão de gazes tóxicos. [ 8 ]

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Capítulo 3: Reforma de Software

Neste projeto de reforma a Petrobrás decidiu mudar o software utilizado para

programação dos CLPs. Até o presente momento os CLPs da GE-Fanuc da P34

têm como software padrão de configuração e programação o LogicMaster 9070, um

software que roda em ambiente DOS e tem mais de 10 anos desde seu lançamento.

O software que será adotado como padrão é o Cimplicity Machine Edition for

Windows (CME) que é o software mais atual da GE, lançado com a intenção de

permitir uma maior integração dos sistemas. Este software foi desenvolvido com o

intuito de ser um programador que configure toda a linha de CLPs, redes e

dispositivos da linha de automação da GE.

A migração de hardware realmente é muito simples, não acarretando maiores

problemas que a troca da CPU, rack e da fonte de alimentação do CLP, todos os

demais dispositivos são os mesmos não precisam de re-configuração.

A migração do ladder desenvolvido utilizando-se o LogicMaster 9070 para o

CME foi amplamente divulgada pela GE como uma migração “transparente” porém

a prática mostrou algumas características particulares, como é mostrado neste

capítulo.

3.1: Diferenças entre CLPs da Série 90-70 e PACSystem

Os controladores PACSystem incorporam as características funcionais dos

CLPs da Série 90-70, como Ethernet Global Data (EGD) e melhorou aspectos de

comunicação Ethernet.

Embora PACSystem disponibilize muitas melhorias se comparado com a

Série 90-70, algumas funcionalidades da Série 90-70 não são suportadas pelo

PACSystem.

As primeiras informações provenientes da GE citam uma “Migração sem

Emendas”, como se pode ver na Figura 7, entretanto encontramos algumas

particularidades no processo de migração.

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O Anúncio da GE diz respeito a migrações de produtos GE atualizados, mas

após breve análise verificamos que os fatores que dificultaram a migração devem-se

ao fato de que os hardwares que serão reutilizados foram fabricados a cerca de 10

anos e muitos dispositivos necessitam de atualização de firmware. Além dos

problemas de firmware este projeto utiliza algumas placas fabricadas por terceiros

que são “caixas pretas” para o software de programação e geram mensagens de

erro durante o processo de migração.

A atualização de firmware ainda não foi realizada devido a problemas de

logística. Considerando-se que o navio está em um estaleiro em Vitória, uma equipe

deverá se deslocar até o local para efetuar este procedimento de atualização e

assim evitar o transporte dos equipamentos que acarretaria no pagamento de

tributos pela movimentação destes.

Figura 7: Folder de divulgação do PACSystems

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Abaixo vemos a Tabela 5 que resume as principais diferenças entre os CLP’s

da Série 90-70 e PACSystem.

Categoria Série 90-70 PACSystem

Execução do Ladder Seqüência de Colunas Seqüência de Linhas

Referência de vetores Inicia em [01] Inicia em [00]

Tabela de Falhas Limpa Status de Falhas individualmente

Limpa Status de falha da tabela integralmente

Máximo número de blocos 256 (incluindo MAIN) 512 (Incluindo MAIN)

Programa C Standalone Suportado Não suportado

Programação SFC Suportado Não suportado

Tamanho da Pilha (Stack) Max. 64Kb Max. 320Kb em incremento de 8Kb

Tabela 5: Comparação das CPUs.

3.1.1: Seqüência de Execução do Ladder

Das diferenças apresentadas na Tabela 5, a que merece maior atenção é a

seqüência de execução, execução de linhas x execução de colunas.

CLPs da Série 90-70 utiliza execução do ladder por colunas, ou seja, uma

linha de programa é executada por varreduras por colunas, de cima para baixo e da

esquerda para direita.

CLPs da série PACSystem executam o ladder por linhas, uma linha de

programa é executado da esquerda para direita e de cima para baixo.

Esta diferença implica que lógicas ladder convertidas da Série 90-70 para

PACSystem podem resultar em uma execução de maneira diferente, como

podemos ver nos exemplos a seguir:

Exemplo 1:

Neste exemplo, a ordem em que os contatos são varridos na seqüência de

linhas ou colunas podem produzir um resultado diferente.

Observando a lógica apresentada na Figura 8 considerando a execução na

seqüência de linhas, a solenóide “1” seta o valor de “C” antes do contato “2” ser

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avaliado. Numa seqüência de colunas, o contato “2” é avaliado antes do solenóide

“1” ser executada.

Figura 8: Exemplo de lógica ladder

Exemplo 2:

No seguinte exemplo, usando a seqüência de colunas (Série 90-70), o bloco

SUB_INT sempre será executado antes do ADD_INT. Usando seqüência de Linhas

(PACSystem), a instrução ADD_INT sempre será executada antes da SUB_INT.

Figura 9: Exemplo de lógica ladder

3.2: Migração do LM 90-70 para CME

O trabalho de reforma de software é dividido em 2 etapas principais, migrar a

lógica existente no LogicMaster 90-70 (LM 90-70) para o CME e a implementação

da lógica para os pontos de entradas e saídas adicionados na reforma.

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A migração engloba importar o software do LM 90-70 para CME e validar esta

migração, de forma a garantir que a lógica após importada funcionará da mesma

forma que a lógica antes da importação.

3.2.1: Procedimentos de Migração

Desconsiderando-se algumas particularidades dos softwares da GE o

processo de importação é simples e pode ser resumido da seguinte forma:

• Abrir a lógica ladder no LM 90-70 (Versão 5.0 ou superior)

• Atualizar a lógica e salvar

• No CME criar um novo projeto

• Realizar a importação do projeto do LM 90-70

Após a importação dos arquivos o CME apresenta um relatório de

importação. Este relatório apresenta uma lista de erros e avisos das alterações

feitas durante o processo de importação.

Devido a FPSO estar em reforma e portanto os sistemas de automação

foram desmontados e os equipamentos novos ainda não terem sido adquiridos, a

validação da migração do LM 90-70 para CME foi feita por uma conferência manual

do programa. Esta verificação envolve a verificação de todas as mensagens de

aviso e de erro do relatório de importação e da comparação da lógica ladder antes e

depois da importação. Esta verificação foi necessária devido a problemas de

migração, que serão explicados na próxima seção.

3.2.1.1: Problemas de migração

A migração da lógica da CPU 2 (simplex) transcorreu sem problemas,

entretanto durante a migração da lógica da CPU 3 (CLPs redundantes 4 e 5) foi

detectado um grave problema na importação. Verificando-se as mensagens de

aviso, encontramos a seguinte mensagem:

Importing block scssv_k, renaming to scssv_L... Importing block scssv_j, renaming to scssv_L... Importing block scssv_i, renaming to scssv_M... Importing block scssv_h, renaming to scssv_N... Importing block scssv_g, renaming to scssv_O...

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Importing block scssv_f, renaming to scssv_P... Importing block scssv_e, renaming to scssv_Q... Importing block scssv_d, renaming to scssv_R... Importing block scssv_c, renaming to scssv_R... Importing block scssv_b, renaming to scssv_S... Importing block scssv_a, renaming to scssv_T...

Como podemos observar neste trecho do relatório de importação, o software

renomeou dois blocos de sub-rotinas para o mesmo nome, desta forma dois blocos

de sub-rotina foram perdidos durante o processo de importação.

Após verificarmos o processo de importação e analisarmos os relatórios

verificamos que os erros eram causados porque nestes blocos havia uma variável

como o nome semelhante, a única diferença é que no lugar de underline (“_”) utiliza-

se hífen (“-”) e durante a importação o hífen, por ser um caractere não aceito pelo

CME, é substituído por underline causando conflito com o nome do bloco de sub-

rotina.

Com estas informações em mãos entramos em contato com a GE, para que

esta se pronunciasse a respeito. A GE informou que já havia se deparado com este

erro e que a solução seria alterar a configuração de importação para que underlines

fossem substituídos pela seqüência (“_sub_”). Uma possível solução seria alterar o

nome da variável ou da sub-rotina, entretanto não queríamos alterar a lógica original

da P34 fornecida pelo cliente.

Realizando a migração com esta alteração e verificamos que a importação foi

realizada com sucesso, entretanto para não ficarmos expostos a outros BUGs do

CME foi decidido pela comparação linha a linha dos programas, antes e pós-

importação.

3.3: Migração do PLC Série 90-70 pata PACSystem RX7i

Neste projeto a CPU 1 será convertida de CLPs da série 90-70 para CLPs da

linha PACSystem. Esta conversão é feita diretamente no CME após a importação da

lógica e podemos resumir o processo, para o caso particular deste projeto, da

seguinte forma:

• Depois de importado, excluir as chamadas de sub-rotinas e blocos que

controla a redundância na Série 90-70

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• Nas propriedades do projeto alterar o CLP utilizado de Serie 90-70

para PACSystem RX7i

• Efetuar a validação do projeto, que fornece relatórios da migração

• Configurar a porta Ethernet on-board.

• Adicionar o kit de ventilação, que não existia no LM 90-70

Os procedimentos para implementar o sistema de redundância nos PLCs da

série PACSystem, serão apresentados no Capítulo 4.

3.4: Implementação da Lógica para os Pontos Adicionais

A implementação do ladder para os pontos adicionais do projeto é baseado

em dois documentos fornecidos pela Petrobrás. Estes documentos são uma matriz

Causa x Efeito e Diagrama Lógico, que podem ser vistos nas Figuras 10 e 11,

respectivamente.

Figura 10: Matriz Causa x Efeito

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Figura 11: Diagrama Lógico

A matriz Causa x Efeito mostra a relação dos sinais de entrada com os sinais

de saída e é uma ferramenta muito útil para o intertravamento.

O Diagrama Lógico mostra a relação das entradas com as saídas através de

blocos lógicos padrão ISA e é uma importante ferramenta para representação de

controle de processos.

Estes documentos são complementares, existindo interseção entre eles mas

um não está completamente contido no outro.

O trabalho de programação dos novos pontos do sistema ainda não teve

início neste projeto, visto que a Petrobrás ainda não forneceu os Diagramas Lógicos

nem as matrizes Causa x Efeito certificados (que podem ser usados para

“construção”).

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Capítulo 4: Sistema de Redundância

Em aplicações críticas, a duplicação de componentes é utilizada para

aumentar a disponibilidade e segurança do sistema. O uso de CLPs redundantes

Hot Stand-by permite que a aplicação continue operando mesmo que uma falha

ocorra em um CLP ou se um CLP é tirado de operação.

Um esquema de CLP redundante Hot Stand-by consiste em 2 CLPs rodando

a mesma lógica ao mesmo tempo e conectadas de maneira que o CLP primário

possa sincronizar e atualizar as variáveis de controle no CLP secundário a cada

ciclo de varredura do CLP. Quando o CLP primário não é detectado por um período

de tempo “x”, configurável, o CLP secundário assume o controle do sistema.

É importante salientar que esta sincronização e compartilhamento de

variáveis são de suma importância para que a transição entre os CLPs ocorra sem

perturbações para o sistema (bumpless).

Este processo de transição bumpless é garantido mantendo-se a tabela de

saídas idêntica em ambos os CLPs (já que as entradas são lidas por ambos os

CLPs). Com as tabela iguais quando CLP secundário assumir o controle do

processo este mantém o estado das saídas durante o primeiro ciclo de execução.

Após a execução do primeiro ciclo no CLP secundário este atualiza as saídas pela

primeira vez.

4.1: Hot Stand-by Série 90-70

Neste projeto a CPU 3 utiliza 2 CLPs da Série 90-70 em configuração de

redundância Hot Stand-by.

A redundância destes CLPs foi implementada antes da GE lançar seu próprio

hardware e software de redundância e desta forma a solução implementada e que

será mantida após esta reforma é uma configuração com equipamentos de

terceiros.

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A implementação da redundância utiliza uma placa VME de terceiros para o

compartilhamento de dados entre as CPUs e um software, também de terceiros, que

monitora os CLPs e gerencia a transferência de dados.

O software é o HBR (Hot Backup Redundant) e é fabricado pela Trimation. A

placa utilizada é a BIT3. Um esquema de uma redundância implementada pode ser

vista na Figura 12.

Figura 12: Esquema de CLPs Série 90-70 redundantes

Antes da utilização da placa BIT3 a transferência era feita utilizando-se

placas GBC (controladores de rede de entrada e saída distribuída) entretanto esta

placa não tem uma taxa de transferência grande o suficiente para que todas as

tabelas de dados de um CLP sejam transferidas para o outro em apenas um ciclo

de varredura, não proporcionando uma transição bumpless. Uma configuração

utilizando GBC chegou a ser utilizada na P34, e esta foi uma das primeiras

aplicações a detectar esta falha e solicitar uma solução eficiente para a GE, que

então passou a prover a placa BIT3.

4.2: Hot Stand-by PACSystem

O princípio de funcionamento do sistema de redundância do PACSystem é

basicamente o mesmo que o esquema de redundância dos CLPs da família 90-70,

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entretanto para o PACSystem a placa de sincronização e comunicação é de

fabricação da própria GE. Esta placa não necessita de um software especial para

configuração e gerenciamento sendo a configuração feita pelo mesmo software que

configura o CLP (CME).

Podemos ver na Figura 13 um esquema da implementação da redundância

Hot Stand-by no PACSystem. Nesta figura podemos observar que a comunicação

entre os módulos de controle da redundância (Memory Xchange) é feita através de

cabos de fibra ótica.

Figura 13: Esquema de CLPs PACSystem redundantes

Neste projeto a CPU 1 (CLPs 1 e 2) serão controladores RX7i da linha

PACSystem.

A CPU 1 é o que controla o maior número de pontos deste projeto e faz o

controle da lógica de ESD (desligamento de emergência do inglês: Emergency Shut

Down). A configuração da redundância deste CLP é um processo simples, e está

apresentado no Capítulo 3.

4.3: Redundância na Rede de Entradas e Saídas Distribuídas

Em ambos os esquemas de redundância apresentados (e utilizados na P34)

foi utilizado um sistema de redundância da rede de entradas e saídas distribuídas.

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No sistema de automação das plataformas as redes de entradas e saídas

distribuídas não são utilizadas para diminuir a suscetibilidade a falhas e facilitar o

diagnóstico quando estas ocorrem nem para diminuir o cabeamento de

instrumentação, uma das principais vantagens do uso de sistema distribuído.

Os esquemas de rede de entradas e saídas distribuídas são utilizados para

gerar uma redundância da rede de entradas e saídas.

Como podemos ver nas Figuras 12 e 13, cada rede de entradas e saídas

distribuídas é conectada a dois controladores de rede em cada CLP, num total de

quatro controladores de rede para cada rede. Desta forma cada rede tem um

controlador redundante em cada um dos CLPs que também são redundantes.

Os cartões de entradas e saídas e os sensores e atuadores não têm

redundância. Esta atitude provém de uma análise de risco feita pela Petrobrás que

verificou que a perca de poucos pontos de IO não justifica a utilização de

redundância. Esta decisão foi tomada considerando-se que existe um

intertravamento de segurança que monitora a plataforma e avisa, no sistema ECOS,

a ocorrência de anormalidades através de alarmes e também provê um controle

automático para desligamento de emergência de setor(es) ou de toda a plataforma

caso necessário.

4.3.1: Geração do Sistema de Redundância para o PACSystem RX7i

Neste projeto somente foi necessário fazer a configuração do sistema de

redundância do sistema PACSystem, já que a redundância do PLC 90-70 não

sofreu alteração.

A configuração da redundância para o PACSystem é muito facilitada com o

uso do wizard do CME e os passos para a implementação podem se resumidos da

seguinte forma:

• Deletar a placa BIT3 (utilizada para redundância com CPL 90-70)

• Caso um módulo PCM (Módulo Coprocessador Programável) ou RTM

(Módulo de comunicação Modbus) esteja alocado em uma slot

superior ao 9, este deve ser re-alocado para ficar entre o slot 2 e 9.

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• Iniciar o wizard para redundância do CME e selecionar configuração

do hardware primário de redundância

• Configurar o endereço Ethernet

• Ajustar a área de memória para o máximo possível

• Ajustar a área de transferência de memória para o tamanho da

memória

• Ainda no wizard selecionar “Redundancy/Mirror to Secondary

Hardware Configuration”

• Configurar um endereço IP para o CLP secundário diferente do

primário

Esta migração já foi feita para a CPU 1 (CLPs 1 e 2) entretanto ainda não foi

testada uma vez que os equipamentos ainda não foram adquiridos.

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Capítulo 5: Conclusões e Perspectivas

Este trabalho não foi caracterizado pelo estudo detalhado de uma dada

tecnologia mas sim pelo estudo de uma vasta gama de tecnologias aplicadas.

Característica de um projeto de aplicação de engenharia.

Os primeiros passos foram dados no detalhamento, seleção de distribuição

dos equipamentos pelos painéis e então o dimensionamento e projeto dos painéis.

Ainda estamos trabalhando no software deste projeto, passamos só pela

etapa de migração do software e ainda temos pela frente a implementação de

muitos pontos novos bem como a execução de muitas tarefas ainda por vir.

Neste trabalho, embora não tenha mantido contato direto com o cliente,

percebi o quanto a interação com este é um fator muito importante na realização de

um projeto, na maioria das vezes impondo alguma limitação. Pude ver algumas

decisões incompreensíveis como, por exemplo, ainda não termos recebido (com

atraso da ordem de meses) documentos necessários para dar andamento ao projeto

e o cliente continua considerando válida a data de início das operações da FPSO,

previsto inicialmente para dezembro deste ano, mas que pelo cronograma não

começará a produzir antes de fevereiro.

5.1: Atividades futuras

Neste projeto a Unicontrol ainda tem como tarefas contratadas a construção

dos painéis, montagem, teste interno, teste em fábrica, comissionamento,

treinamento, posta em marcha e operação assistida, que são brevemente

detalhadas a seguir.

Com os desenhos de projeto aprovado pelo cliente damos inicio a atividade

de detalhamento da construção dos painéis com respectivos materiais mecânicos e

elétricos.

Durante a montagem dos painéis será necessário acompanhamento da

engenharia, verificando e solucionando eventuais dificuldades. Em paralelo com

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estas atividades, o programa aplicativo será desenvolvido com a elaboração e

inclusão da lógica de controle para os novos pontos de entradas e saídas.

A construção dos painéis engloba a montagem dos equipamentos no painel.

A construção e montagem dos equipamentos nos painéis serão terceirizadas.

Com os painéis montados iniciamos as atividades de testar o hardware ponto

a ponto, certificando o seu funcionamento. Na seqüência através de simulação dos

pontos de entradas executamos os testes do programa aplicativo ladder.

Com a aprovação dos testes pelo cliente, os equipamentos serão embalados

e transportados para Vitória/ES e então instalados na P34.

A montagem em campo (na P34) é a ligação da fiação desde os instrumentos

de campo até os painéis.

Os testes dos painéis se iniciam com a verificação da alimentação e

aterramento. Estes testes englobam a verificação de cada linha de ladder e de cada

sensor e atuador. Este processo é chamado de TAC, Teste de Aceitação de

Campo.

A posta em marcha, ou Start-up, é a partida da planta, colocando esta em

produção. Esta etapa é realizada após o comissionamento. O comissionamento

engloba testes de performance de maneira a garantir que os processos foram

construídos segundo as especificações da Petrobrás.

O treinamento será desenvolvido pela Unicontrol de forma a prover

informações necessárias aos operadores do sistema acerca do projeto

desenvolvido.

Operação assistida é a permanência de um engenheiro embarcado, de forma

a prover uma extensão do treinamento, sanar dúvidas e resolver eventuais

problemas.

Estou alocado para trabalhar na maior parte destas atividades previstas,

desta forma tenho a perspectiva de trabalhar na operação assistida, embarcando na

P34 em operação.

Page 42: Reforma da Automação da FPSO P34 - wbezerra.com.br G. … · Reforma da Automação da FPSO P34 Elson Gustavo Mota Arruda Esta monografia foi julgada no contexto da disciplina DAS

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Bibliografia:

[ 1 ] PETROBRÁS – Technical Specification nº: I-ET-3010.01-5520-898-EJM-800,

ECOS System - Service

[ 2 ] PETROBRÁS – Data Sheet nº: I-ET-3010.01-5520-800-EJM-002 – ECOS

System – Peripherals.

[ 3 ] PETROBRÁS – Technical Specification nº: I-ET-3010.01-1200-800-PPC-001,

Instrumentation Additional Technical Requirements.

[ 4 ] http://www.unicontrol.ind.br

[ 5 ] http://europa.eu.int/scadplus/leg/pt/lvb/l24231.htm

[ 6 ] https://www.camara.gov.br/sileg/Prop_Detalhe.asp?id=26679

[ 7 ] http://www.coopetroleo.com.br/pagua03.htm

[ 8 ] http://halogenfree.ipc.org