Instalação e Administração do Sistema PI na Unidade
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Instalação e Administração do Sistema PI na Unidade
UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA CURSO DE ENGENHARIA DE CONTROLE E AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL Instalação e Administração do Sistema PI na Unidade Multipropósito de FCC Monografia submetida à Universidade Federal de Santa Catarina como requisito para a aprovação da disciplina: DAS 5511 Projeto de Fim de Curso Alex Scheuer Florianópolis, Agosto de 2004 Instalação e Administração do Sistema PI na Unidade Multipropóstito de FCC Alex Scheuer 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: Alberto Jamhour, Eng. Orientador Empresa Daniel Juan Pagano, Dr. Orientador do Curso Prof. Augusto Humberto Bruciapaglia Responsável pela disciplina Prof. Carlos Barros Montez, Avaliador Yoso Nakamura Junior, Debatedor Tiago Villaça Vianna Ferreira, Debatedor Agradecimentos Aos colegas Casavechia, Franci, Luciana, Patrícia e Villela por criarem um ambiente de trabalho saudável e motivador. Em especial, a Alberto Jamhour pela oportunidade e sabedoria na condução dos trabalhos, sempre propondo desafios e estimulando-me a buscar as melhores soluções. À Samia Kamal Genena, que “abriu as portas” da SIX para os estudantes de Engenharia de Controle e Automação Industrial da UFSC, possibilitando a viabilização deste estágio e futuramente de muitos outros. À Universidade Federal de Santa Catarina e aos professores do Departamento de Automação e Sistemas, em especial ao professor e orientador Daniel Juan Pagano por sua dedicação e orientação neste trabalho e em outros. Ao apoio financeiro da Agência Nacional do Petróleo (ANP) por meio do Programa de Recursos Humanos para o Setor de Petróleo e Gás – PRH-ANP/MCT Nº34. Por fim, agradeço a todos que contribuíram direta ou indiretamente para concretização deste trabalho. i Resumo Esta monografia documenta o Projeto de Fim de Curso realizado durante o período de estágio na PETROBRAS/UN-SIX. O foco do trabalho foi a instalação, configuração e administração do sistema PI para Unidade de Craqueamento Catalítico Fluido (U-144). O sistema PI (Plant Information) corresponde a um conjunto de módulos de software servidor/cliente responsável pela coleta, armazenamento e exibição de dados de um processo. Na U-144, este sistema não era utilizado como ferramenta confiável para o armazenamento de dados devido a dois fatores principais: primeiro, a interface utilizada na coleta de dados apresentava problemas, não operando continuamente; segundo, a U-144 utilizava o mesmo servidor PI do Módulo Indsutrial de Processamento de Xisto (U-230), não se tendo acesso direto ao sistema para que fossem realizadas configurações customizadas segundo às necessidades da U-144. Assim, durante o período de estágio foi realizada a instalação do PI em um novo servidor, além de realização de configurações específicas e resolução dos problemas da interface de coleta de dados, que passou a funcionar continuamente. Foram realizadas ainda atividades sobre o sistema ABB Process Portal, responsável pela interface com o Sistema Digital de Controle Distribuído (SDCD) que controla a U-144. Este sistema era utilizado como ferramenta usual de armazenamento de dados históricos, porém, devido à instalação e configurações inadequadas, não atendia às necessidades da U-144, levando a busca de meios alternativos de obtenção de dados confiáveis, neste caso, o sistema PI. ii Abstract This monograph documents the End Course Project accomplished during the training period at PETROBRAS/UN-SIX. The work focus was the installation, configuration and administration of the Plant Information System (PI System) for Fluid Catalytic Cracking Unit (U-144). The PI System corresponds to a software server/client modules set responsible by the data collection, storage and exhibition of a process. In the U-144, this system was not used as reliable tool for data storage due to two main factors: first, the interface used in the data collection had problems, not operating continually; second, the U-144 used the same PI server of the Shale Processing Industrial Module (U-230), not having itself direct access to the system so that could be accomplished cost configurations according to the U-144 needs. This way, during the training period was accomplished the PI installation in a new server, besides accomplishment of specific configurations and problems resolution of the data collection interface, which proceeded working continually. It was still accomplished some activities on the ABB Process "Portal", responsible for the interface with the Digital Control System (DCS) which controls the U-144. This system was used as frequent tool of historical data storage, however, due to the installation and inadequate configurations, it did not attend to the U-144 needs, taking this way to search alternative forms to obtain reliable data and, in this case, the PI System. iii Sumário Agradecimentos................................................................................................. i Resumo ............................................................................................................ ii Abstract ........................................................................................................... iii Sumário ........................................................................................................... iv Capítulo 1: Introdução ......................................................................................1 Capítulo 2: PETROBRAS – Petróleo Brasileiro S.A. ........................................3 2.1: Áreas de atuação...................................................................................4 2.1.1: Abastecimento.................................................................................5 2.1.2: Exploração e Produção ...................................................................5 2.1.3: Gás e Energia .................................................................................5 2.1.4: Internacional....................................................................................6 2.2: PETROBRAS em números....................................................................6 2.3: Unidade de Industrialização do Xisto.....................................................7 2.4: O Processo PETROSIX .........................................................................8 2.4.1: Processamento de pneus................................................................8 2.5: Gerência de Pesquisa (GEPES) ............................................................9 2.5.1: Unidade Multipropósito de FCC (U-144) .......................................10 2.5.2: Unidade de Nebulizadores de FCC...............................................11 2.5.3: Unidade a Frio de Ciclones ...........................................................11 2.5.4: Unidade de Recirculação de Catalisador ......................................11 2.5.5: Unidade de Destilação ..................................................................11 2.5.6: Unidade de Hidroconversão de Resíduos (U-104)........................12 2.5.7: Unidade de Desasfaltação (U-2325) .............................................12 iv 2.5.8: Unidade de Pneus.........................................................................12 2.5.9: Unidade de Tratamento e Misturas ...............................................13 2.5.10: Laboratório ..................................................................................13 2.5.11: Laboratório de Medição de Partículas a Laser............................13 2.5.12: Laboratório de Combustão..........................................................14 2.5.13: Unidade de Tratamento Ácido de Gasóleo/Bancada de Tratamento de Emulsões ...................................................................................14 2.6: Craqueamento Catalítico Fluido...........................................................14 2.7: Unidade Multipropósito de FCC (U-144)..............................................15 2.7.1: Descrição geral da U-144..............................................................16 Capítulo 3: O Sistema PI ................................................................................18 3.1: PI UDS .................................................................................................18 3.2: PI Network Manager ............................................................................20 3.3: PI-API...................................................................................................20 3.4: Aplicativos clientes...............................................................................21 3.4.1: PI-ProcessBook.............................................................................22 3.4.2: PI-DataLink....................................................................................22 3.4.3: PI-ActiveView ................................................................................23 3.5: Fluxo de dados ....................................................................................23 3.5.1: Configuração dos pontos ..............................................................24 3.5.2: Snapshot .......................................................................................25 3.5.3: Teste de Exceção..........................................................................26 3.5.4: Compressão de dados ..................................................................27 3.6: Tags .....................................................................................................29 3.7: Interfaces para outros sistemas...........................................................30 3.7.1: Interface semAPI...........................................................................32 v 3.7.2: Seqüência de Ações da Interface .................................................34 Capítulo 4: Sistema de Controle Distribuído (SDCD) .....................................36 4.1: SDCD Bailey INFI 90 ...........................................................................37 4.1.1: ABB Process Portal.......................................................................39 Capítulo 5: Tarefas Desenvolvidas.................................................................41 5.1: Instalação e configuração do servidor PI .............................................41 5.1.1: Instalação do servidor PI em uma nova máquina .........................41 5.1.2: Configurações pós-instalação .......................................................43 5.1.3: Criação de um sistema de backup ................................................44 5.1.4: Atualização e configuração de tags...............................................46 5.1.5: Construção e atualização de telas de processo............................48 5.2: Resolução de problemas de hardware no computador interface.........49 5.3: Reinstalação do sistema Process Portal..............................................50 5.3.1: Configuração de tags no PI para realização de testes..................57 Capítulo 6: Conclusões e Perspectivas ..........................................................62 Bibliografia:.....................................................................................................64 Anexo A: Arquitetura SDCD Bailey INFI 90.............................................65 vi Índice de Figuras Figura 1: Vista aérea da SIX .......................................................................................7 Figura 2: Processo PETROSIX com pneus ................................................................9 Figura 3: Unidade multipropósito de FCC .................................................................17 Figura 4: PI UDS com seus subsistemas, clientes e nós de coleta de dados...........19 Figura 5: Máquina Cliente com PI-API ......................................................................21 Figura 6: Nós de rede com aplicativos cliente...........................................................22 Figura 7: Fluxo de dados...........................................................................................23 Figura 8: Fluxo de dados nos testes de exceção e compressão ..............................24 Figura 9: Exemplo do processo de filtragem dos dados ...........................................24 Figura 10: Arquitetura do sistema PI na U-144 .........................................................25 Figura 11: Funcionamento do Exception Report.......................................................27 Figura 12: Método de compressão............................................................................28 Figura 13: Interface como intermediadora na coleta de dados .................................31 Figura 14: Sistema PI com arquitetura distribuída para coleta de dados..................32 Figura 15: Interface entre o SDCD (DCS) INFI 90 e o servidor PI utilizando Bailey semAPI ..............................................................................................................32 Figura 16: Conexão entre computador interface e o SDCD através do cartão INICI03 ...........................................................................................................................33 Figura 17: Conexão entre o computador interface e o SDCD ABB/Bailey INFI 90 ...34 Figura 18: Uma das telas de processo da U-144 no Process Portal.........................40 Figura 19: Planilha utilizada para inserção e atualização de tags.............................47 Figura 20: Exemplo de tela de processo do PI-ProcessBook ...................................49 Figura 21 – Janela de configuração dos parâmetros de compressão.......................52 Figura 22 – Arquitetura original do Process Portal....................................................53 vii Figura 23 – Nova arquitetura do sistema Process Portal ..........................................54 Figura 24: Leitura do painel no momento de início do teste .....................................55 Figura 25: Leitura do painel após uma hora de teste................................................56 Figura 26: Valores obtidos do Historian Server.........................................................56 Figura 27: Evolução de um mesma tag com seus parâmetros de compressão e exceção originais e desabilitados.......................................................................58 Figura 28: Planilha para recuperação de dados de testes ........................................60 viii Capítulo 1: Introdução Esta monografia documenta o Projeto de Fim de Curso realizado durante o período de estágio na PETROBRAS/UN-SIX. O tema principal deste trabalho foi a instalação, configuração e administração do sistema PI (Plant Information) para a unidade multipropósito de FCC (U-144). Houve ainda a realização de trabalhos relacionados ao Sistema Digital de Controle Distribuído (SDCD) desta mesma unidade, cujo funcionamento irregular prejudicava o andamento e execução de tarefas. O sistema PI constitui-se num conjunto de módulos de software responsável pela coleta, armazenamento e exibição de dados de processos. Através deste, temse disponível no escritório, ou em qualquer outro lugar da planta, informações em tempo real sobre a evolução das variáveis de um processo. Operadores, engenheiros, gerentes e demais interessados podem utilizar as aplicações clientes para visualizar os dados armazenados no servidor PI. Assim, sendo o sistema PI uma ferramenta desenvolvida para automatizar totalmente a coleta, armazenamento e apresentação de informações de um processo, este Projeto de Fim de Curso está completamente inserido no contexto do curso de Engenharia de Controle e Automação Industrial. O principais objetivos durante a realização deste trabalho foram instalar o servidor PI em uma nova máquina, adquirida especialmente para este fim, executar configurações adequando-o à necessidade da U-144 e por fim, torná-lo robusto de modo que pudesse ser utilizado como fonte confiável de dados. Por ser uma unidade de pesquisa, a U-144 tem seu funcionamento baseado na realização de testes e análise dos dados gerados. Porém, a não confiança nos dados armazenados no servidor de dados históricos do SDCD levou a busca por novos meios de obtenção de dados confiáveis, seja através de configurações sobre o próprio SDCD, seja através de adequação do sistema PI para este fim. No decorrer do texto, será possível acompanhar as etapas realizadas no desenvolvimento deste trabalho. Primeiramente, no segundo capítulo, tem-se uma 1 breve apresentação da PETROBRAS, contemplando relatos sobre sua história, áreas de atuação e principais números. Neste mesmo capítulo é também apresentada a UN-SIX, a gerência de pesquisa e a unidade multipropósito de FCC. No terceiro capítulo é descrito o sistema PI, sua arquitetura e modo de funcionamento, além de apresentados os diversos módulos que o integram. Descreve-se ainda a interface utilizada na coleta de dados do SDCD. No quarto capítulo é apresentado o SDCD ABB/Bailey INFI 90, utilizado no controle da U-144, além de sua interface de operação (ABB OperateIT Process Portal). No quinto capítulo são resumidas as principais atividades executadas durante o período de estágio, descrevendo-se os passos na instalação do sistema PI, as configurações realizadas, os trabalhos executados sobre o SDCD, além de descrição dos problemas encontrados e as soluções propostas. Por fim, no sexto e último capítulo são discutidos os resultados obtidos, conclusões e as perspectivas de desenvolvimentos futuros. 2 Capítulo 2: PETROBRAS – Petróleo Brasileiro S.A. Em outubro de 1953, através da Lei 2.004, a PETROBRAS era criada para executar as atividades do setor de petróleo no Brasil em nome da União. A Petróleo Brasileiro S.A. iniciou suas atividades com o acervo recebido do antigo Conselho Nacional do Petróleo (CNP): • Campos de petróleo com capacidade para produzir 2.700 barris por dia (bpd); • Bens da Comissão de Industrialização do Xisto Betuminoso; • Refinaria de Mataripe (BA), processando 5.000 bpd; • Refinaria em fase de montagem, em Cubatão (SP); • Vinte petroleiros com capacidade para transportar 221.295 toneladas; • Reservas recuperáveis de 15 milhões de barris; • Consumo de derivados de 137.000 bpd; • Fábrica de fertilizantes em construção (Cubatão - SP). Ao longo de quatro décadas, a PETROBRAS tornou-se líder em distribuição de derivados no país, colocando-se entre as vinte maiores empresas petrolíferas na avaliação internacional. Em 1997, o Brasil ingressou no seleto grupo dos dezesseis países que produzem mais de 1 milhão de barris de óleo por dia. E nesse mesmo ano, foi criada a Lei n º 9.478, que abre as atividades da indústria petrolífera à iniciativa privada. Com a lei, foram criados a Agência Nacional do Petróleo (ANP), encarregada de regular, contratar e fiscalizar as atividades do setor, e o Conselho Nacional de Política Energética, um órgão formulador da política pública de energia. Em sintonia com a mudança do cenário, a PETROBRAS seguiu preparada para a livre competição, ampliando novas perspectivas de negócios e tendo maior autonomia empresarial. 3 Atualmente, a PETROBRAS conta com noventa e três plataformas de produção, mais de dez refinarias, quase dezesseis mil quilômetros em dutos e mais de sete mil postos de combustíveis, marcando sua forte presença no Brasil. A PETROBRAS foi a pioneira na indústria do petróleo no Brasil, e por isso enfrentou dificuldades pela falta de infra-estrutura e de tecnologias adequadas. Nos anos 50 e 60, com o início das atividades no setor de petróleo no país, a empresa precisou construir suas primeiras refinarias. A indústria nacional era, até então, acanhada, e a PETROBRAS contribuiu, assim, para estimular seu crescimento. Naquela época, com a necessidade de dotar o Brasil de uma infra-estrutura adequada, o governo brasileiro optou pela substituição de importações e pelo incentivo à instalação de empresas estrangeiras no Brasil. No início da década de 80 este modelo foi substituído na PETROBRAS pelo Sistema de Nacionalização. Além da substituição da importação de itens prioritários, este sistema passou a buscar fornecedores alternativos e uma maior autonomia de decisão da empresa nos aspectos tecnológicos e industriais. A demanda por materiais altamente sofisticados era crescente, principalmente pela necessidade de viabilizar a extração do óleo e do gás em águas cada vez mais profundas, situação em que, muitas vezes, não havia no mundo tecnologias disponíveis para esse propósito. No final da mesma década, com a legislação que previa a modernização e o aumento da competitividade do parque industrial no Brasil, foram criados mecanismos de estímulo ao desenvolvimento tecnológico. O mercado interno a esta altura já atendia a 94% das necessidades da PETROBRAS. 2.1: Áreas de atuação A PETROBRAS atua em várias áreas do setor de energia. Desde a exploração de gás e petróleo até a distribuição, passando pelo refino e abastecimento. As atividades da companhia estão divididas em: Exploração e Produção, Gás e Energia, Abastecimento, e Internacional. 4 2.1.1: Abastecimento A PETROBRAS abastece quase toda a demanda do mercado brasileiro por derivados de petróleo – cerca de 1,7 milhões de barris/dia – mercado esse composto por 140 milhões de consumidores. Além do objetivo de aumentar sua capacidade de produção, de modo a atender a crescente demanda por derivados, a PETROBRAS precisa enfrentar outro desafio: adaptar suas refinarias de modo a aumentar a taxa de conversão de diferentes tipos de óleo, dentro da já existente estrutura de processamento, eliminando, assim, a dependência da importação. De acordo com a Petroleum Intelligence Weekly, a PETROBRAS é a nona maior companhia no setor downstream (refino), transporte e comercialização. O termo downstream, na PETROBRAS, está ligado à boa parte da estrutura operacional da companhia: suas refinarias, fábricas de fertilizantes, bases, dutos, terminais e navios. 2.1.2: Exploração e Produção O órgão de Exploração e Produção (E&P) da PETROBRAS é responsável pela pesquisa, localização, identificação, desenvolvimento, produção e incorporação de reservas de óleo e gás natural dentro do território nacional. Impulsionado pelo fato de grande parte das reservas brasileiras se encontrarem em bacias marítimas a grandes profundidades, o E&P, em parceria com outras áreas da Companhia, tem alçado a PETROBRAS à excelência mundial em desenvolvimento e aplicação de tecnologia de exploração e produção em águas profundas. Esse esforço foi reconhecido internacionalmente através do recebimento, pela segunda vez, no ano 2001, do prêmio mais importante da indústria mundial de petróleo, o Distinguished Achievement Award, oferecido na Offshore Technology Conference (OTC). 2.1.3: Gás e Energia A área de negócios de Gás & Energia é responsável pela comercialização do gás natural nacional e importado e pela implantação de projetos, em parceria com o 5 setor privado, que irão garantir a oferta deste combustível em todo o país. Elevar a participação do gás natural na matriz energética do país dos atuais 3% para 10% até 2005 é um dos principais objetivos da companhia. Para isso, a PETROBRAS dedica esforço permanente junto às distribuidoras de gás e seus clientes, buscando alternativas técnicas e econômicas que ampliem o uso do gás nos segmentos industriais, automotivos, na geração e co-geração de energia. 2.1.4: Internacional A PETROBRAS desenvolve diversas atividades no exterior e mantém uma consistente atividade internacional, tal como: compra e venda de petróleo, tecnologias, equipamentos, materiais e serviços; acompanhamento do desenvolvimento da economia americana e européia; operação financeira com bancos e bolsa de valores; recrutamento de pessoal especializado; afretamento de navios; apoio em eventos internacionais, entre outros. Além disso, a Companhia está associada às maiores empresas de petróleo do mundo, fazendo-se presente em Angola, Argentina, Bolívia, Colômbia, Casaquistão, Estados Unidos, Guiné Equatorial, Nigéria e Trinidad & Tobago. 2.2: PETROBRAS em números Abaixo são apresentados dados na áreas de exploração, produção, abastecimento, entre outras. Dados referentes ao ano de 2003: Receitas Líquidas (em bilhões de R$): R$ 95,743 Lucro Líquido (em bilhões de R$): R$ 17,795 Investimentos (em bilhões de R$): R$ 18,485 Acionistas: 131.577 Exploração: 35 sondas de perfuração (22 marítimas) Reservas (Critério SEC): 11,6 bilhões de barris de óleo e gás equivalente (boe) Poços Produtores: 15.834 (838 marítimos) Plataformas de Produção: 98 (68 fixas; 30 flutuantes) Produção Diária: 1,701 milhão bpd de óleo e LGN, 53 milhões de m3 de gás natural Refinarias: 16 Rendimento das Refinarias: 1,709 milhão barris por dia - bpd 6 Dutos: 27.120 km Frota de Navios: 97 (54 de propriedade da PETROBRAS) Postos: 5.074 Ativos (612 próprios) Fertilizantes: 5 Fábricas, 2.141 toneladas métricas de amônia e 2.437 toneladas métricas de uréia 2.3: Unidade de Industrialização do Xisto A Superintendência da Industrialização do Xisto (SIX) foi constituída em 1º de junho de 1954, com a missão de estudar as potencialidades do xisto betuminoso e a viabilidade econômica de sua transformação industrial. Ela incorporou o acervo da extinta Comissão de Industrialização do Xisto Betuminoso (CIXB), órgão do Governo Federal que tinha sido repassado à PETROBRAS no momento de sua criação em 3 de outubro de 1953. A sede está localizada no município de São Mateus do Sul, no Paraná, a 140 quilômetros de Curitiba, onde também se encontram a área de mineração e a unidade industrial. A Figura 1 apresenta uma vista aérea do complexo industrial de São Mateus do Sul. Figura 1: Vista aérea da SIX 7 Em função da capacidade tecnológica desenvolvida no aproveitamento do xisto, a PETROBRAS optou por transformar a Unidade de Industrialização do Xisto também num centro avançado de pesquisa na área de refino. O Parque Tecnológico da SIX é um conjunto de onze plantas protótipo, destinadas a desenvolver tecnologias na área de refino, podendo executar trabalhos de pesquisa e desenvolvimento na área de energia de modo geral. Atualmente, em estrita colaboração com o Centro de Pesquisas da Petrobras (CENPES), estas plantas participam em dezesseis projetos prioritários dos Programas de Tecnologia e Meio Ambiente da PETROBRAS, com ênfase no processamento de petróleo nacional, principalmente Marlim. Poucas empresas de petróleo possuem um conjunto de plantas protótipo similar a este, que é o maior parque desta natureza na América Latina e um dos maiores do mundo. O Parque Tecnológico tem por objetivo desenvolver os principais equipamentos das plantas industriais, testando-os em escala protótipo, reduzindo assim a margem de incerteza na sua implementação, proporcionando maior segurança no scale-up. E ainda, desenvolver tecnologias, novas e existentes, nas áreas de refino, petróleo, energia e tratamento de efluentes da produção industrial. 2.4: O Processo PETROSIX A principal característica da tecnologia desenvolvida pela PETROBRAS é a simplicidade operacional. Depois de minerado a céu aberto, o xisto vai para um britador, que reduz as pedras a tamanhos que variam de 6 a 70 milímetros. Então, estas pedras são levadas a uma retorta, onde são pirolisadas (cozidas) a uma temperatura de aproximadamente 500 ºC, liberando-se a matéria orgânica nelas contida sob a forma de óleo e gás. 2.4.1: Processamento de pneus A SIX recebe pneus da região do Paraná, Santa Catarina, São Paulo e Rio de Janeiro e está processando 48 toneladas do material por dia, utilizando apenas 12% da sua capacidade de processamento que é de 400 toneladas por dia. Essa baixa capacidade se deve ao fato da legislação, que torna obrigatória a reciclagem de pneus velhos, ser muito recente. Atualmente a capacidade de processamento da 8 SIX é de 140 mil toneladas por ano, que corresponde a 27 milhões de pneus de automóveis. Um dos grandes benefícios que a reciclagem traz para a comunidade está relacionado à coleta dos pneus armazenados inadequadamente. Com o acúmulo de água, esses pneus tornam-se ambientes favoráveis à proliferação de insetos que transmitem doenças infecciosas, como a dengue, febre amarela, filariose e malária. Como subproduto da reciclagem dos pneus tem-se o enxofre, que é utilizado na agricultura, indústria farmacêutica e na indústria de vulcanização. A Figura 2 ilustra o processo PETROSIX com pneus. Figura 2: Processo PETROSIX com pneus 2.5: Gerência de Pesquisa (GEPES) Desde sua criação em 1954, a SIX vem atuando como um centro de desenvolvimento de tecnologia, inicialmente para o aproveitamento do xisto e a 9 partir de 1991 em outros projetos, principalmente na área de refino, trabalhando em conjunto com o CENPES. Com a implantação do Programa de Desenvolvimento de Tecnologias Estratégicas de Refino (Proter), que busca compatibilizar a maior oferta de petróleos nacionais com o aumento da demanda de combustíveis e apelo da sociedade pela melhoria do ar e dos produtos, a SIX passa a trabalhar nas áreas de craqueamento catalítico, desasfaltação, hidrogenação e no desenvolvimento de novas rotas para o aproveitamento do coque e do resíduo asfáltico. A SIX também vem desenvolvendo tecnologia na área ambiental, com a implantação do Laboratório de Combustão (LCS), que tem a função de analisar a emissão de gases e material particulado durante o processo de combustão. A SIX desenvolveu e patenteou, ainda, uma tecnologia para a incineração de resíduos oleosos. Esta alternativa apresenta as vantagens da simplicidade operacional e queima simultânea de diversos combustíveis, aliadas ao baixo custo de construção e manutenção. Grande parte destes projetos estão sendo desenvolvidos em conjunto com universidades. Assim, a SIX sedia um dos maiores esforços de desenvolvimento tecnológico do país. Apesar do processo PETROSIX ser considerado uma das tecnologias mais avançadas para o aproveitamento do xisto brasileiro, existem áreas onde novas tecnologias estão sendo e podem ser desenvolvidas e incorporadas para melhorar sua competitividade em relação a outras alternativas energéticas ou mesmo o petróleo. As principais áreas de desenvolvimento que estão merecendo a atenção são a melhoria do balanço energético e a valorização dos produtos do xisto. A SIX vem realizando estudos para desenvolvimento de processos e equipamentos, principalmente, na área de sólidos e sistemas particulados para todo o sistema PETROBRAS. A seguir, são apresentadas as unidades e laboratórios que constituem o parque tecnológico da SIX. 2.5.1: Unidade Multipropósito de FCC (U-144) • Estuda o craqueamento catalítico de petróleos nacionais; 10 • Testa e desenvolve equipamentos como ciclones, riser, regenerador, resfriador de catalisador e stripper; • Determina a influência de variáveis de processo no rendimento e na qualidade dos produtos; • Levanta dados de projetos de novas unidades de FCC de resíduos; • Desenvolve equipamentos e processos; • Testa catalisadores. 2.5.2: Unidade de Nebulizadores de FCC • Desenvolve dispersores de carga com boa distribuição de vazão, formando um jato em leque, com tamanho e distribuição de gotículas controlados, alta durabilidade, facilidade de construção, baixo consumo de fluido de atomização e baixo diferencial de pressão. 2.5.3: Unidade a Frio de Ciclones • Avalia novas concepções e novas geometrias de ciclones; • Avalia novas condições operacionais e desenvolve ciclones de alta eficiência, baixa perda de carga e elevado fator operacional. 2.5.4: Unidade de Recirculação de Catalisador • Pesquisa catalisadores para propiciar aumento da taxa média de utilização do parque de refino; • Pesquisa materiais e desenvolve equipamentos para unidades de alto desempenho e refino de petróleo nacional, com ênfase na conversão de resíduos. 2.5.5: Unidade de Destilação • Produz cortes de gasolinas especiais de competição, especialmente para a Fórmula 1; 11 • Produz cortes de petróleo para estudo da qualidade e rendimentos dos produtos; • Avalia internos de torres. 2.5.6: Unidade de Hidroconversão de Resíduos (U-104) • Desenvolve tecnologia de hidroconversão, que maximiza a produção de diesel com qualidade, a partir do resíduo de vácuo de Petróleo Marlim. 2.5.7: Unidade de Desasfaltação (U-2325) • Estuda a influência das variáveis operacionais na qualidade e rendimento dos produtos; • Avalia o desempenho de solventes com diferentes composições; • Realiza testes de co-processamento e outros produtos na carga de desasfaltação; • Faz a avaliação de internos de torres; • Produz cortes pesados para estudos de produção de asfaltos especiais. 2.5.8: Unidade de Pneus • Armazena e promove a dosagem correta de pneus picados à carga de minério. O processo PETROSIX permite a reciclagem de 140 mil toneladas/ano, ou o equivalente a 27 milhões de pneus - 1 tonelada de pneus rende: 532 kg de óleo, 24 kg de gás, 314 kg de carbono e 110 kg de aço, outros 20 kg são de rejeitos de borracha picada. 12 2.5.9: Unidade de Tratamento e Misturas • Reverte termicamente o concentrado nitrogenado de gasóleo gerado na unidade de tratamento ácido de GOP, viabilizando a acidificação de cargas para UFCCs; • Utilizada para preparo de misturas diversas, combustíveis para queima e testes de fornos. 2.5.10: Laboratório O laboratório está preparado para realizar análises elementares completas, com equipamentos de última geração, tais como: • Espectrômetro de absorção atômica com geração de hidretos, da Varian, modelo Aa220; • Espectômetro por quimioluminescência e fluorescência para determinação de nitrogênio e enxofre, da Antec, modelo NS9000; • Analisador por infravermelho e condutividade térmica para determinação de carbono, hidrogênio e nitrogênio, da Leco, modelo CHN2000; • Destilador D-86; • Cromatógrafos para destilação simulada (D-2887 e HT750) da HP; • Cromatógrafo para análise de PIANIO - HP 6890; • Bancada de destilação (PEV, POT STEEL e D1150); • Além de executar ensaios de acompanhamento de processos e vendas da SIX, o laboratório fornece suporte a todas as plantas do Parque Tecnológico, sendo capacitando a realizar mais de 120 trabalhos e ensaios. 2.5.11: Laboratório de Medição de Partículas a Laser • O Parque Tecnológico conta com um laser de argônio INNOVA 70C-5, de 5 watts, para medir o tamanho de partículas (PDPA - Phase 13 Doppler Particle Analyser) e sua velocidade no interior de ciclones (LDV - Laser Doppler Velocimeter). 2.5.12: Laboratório de Combustão • Obtém informações a respeito da queima de diversos tipos de combustíveis e suas emissões, inclusive particulados; • Testa queimadores, materiais e equipamentos; • Otimiza condições operacionais, em função do combustível e queimador. 2.5.13: Unidade de Tratamento Ácido de Gasóleo/Bancada de Tratamento de Emulsões • Desenvolve o processo de remoção de nitrogênio básico de cargas de FCC, visando aumentar a conversão e qualidade dos produtos; • Estuda emulsões diversas e tratamentos de rejeitos industriais. 2.6: Craqueamento Catalítico Fluido O craqueamento catalítico é um processo de refino que visa aumentar a produção de gasolina e GLP de uma refinaria, através da conversão de cortes pesados provenientes da destilação do petróleo (gasóleo e resíduos), em frações mais leves. É um processo largamente utilizado em todo o mundo, uma vez que a demanda de gasolina em vários países é superior a dos óleos combustíveis. O craqueamento catalítico corrige a produção de gasolina e GLP, suplementando a diferença entre a quantidade obtida diretamente do petróleo e a requerida pela refinaria de modo a atender ao mercado. Até 1913, toda a gasolina produzida era obtida por destilação direta do petróleo, assim, tanto a qualidade como a quantidade dependiam unicamente do tipo de óleo cru refinado. Como havia grande variedade de petróleos, havia também uma grande variação no rendimento e na qualidade das gasolinas. Em média, o 14 rendimento situava-se em torno de 20% em volume, para um produto com índice de octanagem Research de 50. A partir da segunda década do século, começaram a surgir processos comerciais de craqueamento, objetivando suprir as necessidades da indústria automobilística. Iniciando com o craqueamento térmico, o processo mais tarde passou a utilizar a versão catalítica, em leitos fixo, móvel ou fluidizado, desenvolvendo-se de forma notável esta última concepção, até atingir o estágio onde hoje nos encontramos, onde o craqueamento catalítico fluido é praticamente um processo imprescindível às modernas refinarias. O FCC (Fluid Catalytic Cracking) é hoje um processo largamente difundido em todo o mundo, devido principalmente a dois fatores. O primeiro deles consiste no fato de contribuir eficazmente com a refinaria no sentido de ajustar sua produção às reais necessidades do mercado consumidor local, devido à sua grande flexibilidade operacional. O segundo fator que tornou consagrado o processo está ligado ao aspecto econômico. Transformando frações residuais, de baixo valor comercial, em derivados nobres de alto valor, tais como gasolina e GLP, o craqueamento catalítico aumenta em muito os lucros da refinaria, devido à sua extraordinária rentabilidade. 2.7: Unidade Multipropósito de FCC (U-144) Plantas multipropósitos são unidades de testes que visam reproduzir condições operacionais reais. Estas unidades, de porte intermediário entre uma unidade Piloto e Protótipo, buscam representar os fenômenos de um processo, sendo adequadas para estudos de otimização de processos e equipamentos. As principais características das unidades multipropósito são as seguintes: • A unidade deve ser flexível para buscar condições operacionais extremas (não convencionais); • A unidade deve ser bem instrumentada para acompanhar com precisão a grande maioria das variáveis do processo; • A unidade deve permitir modificações nos equipamentos ou instrumentação sem comprometimento financeiro ou de cronograma; 15 • A unidade deve ter porte suficiente para validar um modelo (balanço material e térmico adequado) através de testes desenvolvidos; • A unidade deve ter a possibilidade de operar com cargas especiais. Assim, os principais objetivos a serem alcançados por unidades multipropósito são os seguintes: • Aquisição de dados experimentais para desenvolvimento de modelagem matemática e simulação do processo; • Desenvolvimento de equipamentos e sistemas; • Estudo de processos em novas condições operacionais, por exemplo, alteração das vazões processadas e de catalisadores. 2.7.1: Descrição geral da U-144 A unidade de craqueamento catalítico visa o aproveitamento de certas frações de petróleo, transformando-as em frações nobres, como GLP e Gasolina. A unidade multipropósito estuda o comportamento do processo considerando as variáveis: • temperatura; • pressão; • catalisador; • dispersão; • relação catalisador/óleo; • tempo de contato. As principais características da planta são: • Carga entre 60 e 300 kg/h; • Temperatura de reação entre 460 e 580 ºC; • Temperatura de carga entre 100 e 350 ºC; • Pressão do reator entre 1,0 e 2,5 kgf/cm2 man; 16 • Temperatura de regeneração entre 600 e 730 ºC. A planta é monitorada por um Sistema Digital de Controle Distribuído (SDCD) contando com inúmeros indicadores de pressão, temperatura e diferenciais de pressão, com grandes facilidades de acompanhamento. O “riser” apresenta quatro pontos de injeção da carga: na base, a 4, 8 e 12 metros. Isto permite variar o tempo de contato entre 0,5 e 3,0 segundos com qualquer tipo de carga. A Figura 3 apresenta uma fotografia da U-144. Figura 3: Unidade multipropósito de FCC 17 Capítulo 3: O Sistema PI O sistema PI (Plant Information) corresponde a um conjunto de módulos de software servidor/cliente para monitoramento e análise de plantas de processo. O PI Universal Data Server (PI UDS) é a núcleo deste sistema, atuando como servidor de dados baseado em Microsoft Windows. Operadores, engenheiros, gerentes e outros interessados no processo podem utilizar uma grande variedade de aplicações clientes para se conectarem ao PI UDS e observar dados da planta de processo armazenados no sistema de arquivos do sistema (PI Archive). O Archive Subsystem é instalado como parte do PI UDS e é responsável pelo armazenamento e recuperação de dados numéricos, digitais e strings. O PI UDS é ainda capaz de interagir com dados de processo armazenados em outros sistemas através da utilização de objetos de software chamados COM Connectors. Um sistema PI típico consiste de vários computadores executando diversos módulos de software que trabalham em cooperação com o PI UDS. Uma opção freqüente é a utilização do PI-API para implementação de estruturas distribuídas para coleta de dados. 3.1: PI UDS O PI UDS é instalado em um nó da rede normalmente chamado de PI Home Node. Como é mostrado no diagrama da Figura 4, o PI UDS é formando por diversos módulos interligados, sendo que muitos deles são executados opcionalmente. 18 Figura 4: PI UDS com seus subsistemas, clientes e nós de coleta de dados O PI UDS inclui: • Subsistemas Centrais (Core Subsystems); • Utilitários de administração e configuração; • Interfaces para simulação e monitoramento de dados; • PI-API e PI-SDK, incluídos no PI UDS para utilização interna em aplicações do PI Home Node. A seguir é apresentada uma descrição sucinta dos principais subsistemas que compõe o PI UDS: • Base subsystem: Para cada variável de processo a ser rastreada, um ponto é definido no sistema PI. Cada ponto possui aproximadamente 50 atributos, que definem como o dado será coletado e armazenado. O Base Subsystem armazena estes atributos, além de manter a tabela de estados digitais e configurações de segurança para usuários. • Snapshot Subsystem: No PI UDS, o valor mais recente para cada ponto é chamado de Snapshot. O Snapshot Subsystem avalia os 19 valores em snapshot para determinar se estes serão enviados ao Archive Subsystem, além de torná-los disponíveis para usuários quando necessário. • Archive Subsystem: É onde as várias medições de cada ponto são armazenadas. Como exemplo tem-se estados digitais (on/off), pressões, vazões, temperaturas, setpoints, etc. • Update Manager Subsystem: Envia notificações de mudanças em valores ou atributos de pontos para qualquer interface ou aplicação cliente. • Message Subsystem: armazena o status e mensagens de erro do PI UDS em um arquivo de “log”. • SQL Subsystem: É um módulo de software que processa consultas SQL, incluindo aquelas submetidas ao PI ODBC Driver. O PI ODBC Driver permite o acesso de aplicações cliente ao PI Archive utilizando a sintaxe de banco de dados relacionais. • COM Connector Redirector: É um módulo de software utilizado como interface para conexão do PI UDS a outros sistemas. 3.2: PI Network Manager O PI Network Manager permite a conexão entre os subsistemas do PI UDS residentes no PI Home Node. Também é responsável pelo gerenciamento de conexões de rede entre o servidor PI e aplicações clientes. Os clientes podem ser produtos padronizados, como por exemplo o PI-ProcessBook, ou então aplicações PI-API (Aplication Programming Interface) desenvolvidas por usuários. O PI Network Manager gerência ainda a segurança do sistema PI através da validação de clientes quando conexões são realizadas. 3.3: PI-API O PI-API é uma biblioteca de funções que pode ser chamada a partir de linguagens de programação como C, C++, Visual Basic, Delphi, etc. Estas funções 20 permitem ler e escrever valores no servidor PI, além de alterar ou obter configurações de pontos. Figura 5: Máquina Cliente com PI-API Todas as aplicações clientes da OSIsoft (fabricante do PI) são escritas usando o PI-API, o PI-SDK ou uma combinação de ambos para comunicação com o servidor PI. Elas comunicam-se com o servidor através do protocolo de rede TCP/IP. Entre os softwares clientes disponibilizados pela OSIsoft estão: PI-ProcessBook, PIDataLink, PI-BatchView, PI-SQC, etc. 3.4: Aplicativos clientes Aplicativos clientes são softwares baseados em bibliotecas PI-API e permitem acessar os dados armazenados no servidor PI. Os principais aplicativos clientes disponibilizados pela OSIsoft são: • PI-ProcessBook (PI-PB) • PI-DataLink (PI-DL) • PI-ActiveView • PI-BatchView • PI-Profile • PI-Control Monitor (PI-CM) • PI-Manual Logger 21 • PI-ODBC Driver • PI-SQC • PI-AlarmView A Figura 6 ilustra esquematicamente vários nós de rede com aplicativos clientes. Figura 6: Nós de rede com aplicativos cliente 3.4.1: PI-ProcessBook Ferramenta para exibição de informações de processo armazenadas no PI Archive ou em outras fontes de dados. Permite a construção de gráficos dinâmicos e de dados históricos, além de criação de telas de processo para acompanhamento em tempo real. Incorpora o Microsoft Visual Basic for Aplications (VBA), permitindo a automação e customização de rotinas e tarefas especiais. 3.4.2: PI-DataLink Add-in para Microsoft Excel que possibilita a visualização de valores do sistema PI de diversas formas, bem como copiá-los para uma planilha para realizar análises adicionais. Com o PI-DataLink, um usuário pode trocar informações 22 diretamente com o banco de dados do PI. Essa ferramenta combinada com a funcionalidade da planilha eletrônica faz com que o PI-DataLink seja um utilitário poderoso e fácil de usar para reunir, analisar e relatar dados do PI. 3.4.3: PI-ActiveView Ferramenta para visualização de dados instantâneos e históricos provenientes de diversas fontes. É possível visualizar telas de processos com dados do PI Archive, bem como informações de fontes de dados ODBC (Open DataBase Connectivity). Aplicações no PI-ActiveView podem ser desenvolvidas para apresentação de dados na Internet ou Intranet corporativa. Telas do PI-ActiveView podem também ser inseridas como controles ActiveX em planilhas eletrônicas existentes ou outros meios de visualização de dados. 3.5: Fluxo de dados A unidade fundamental de armazenamento de dados no sistema PI é chamada de evento. Um evento consiste do tempo, valor e status associados a uma variável. Um evento significativo é aquele que é essencial para recuperação dos dados originais. Buscando implementar um armazenamento de dados eficiente, há muitas etapas ao longo do procedimento de aquisição e armazenamento que podem determinar se um evento é significativo. Eventos não significativos são descartados sem perda da informação essencial. A Figura 7 ilustra o fluxo de dados no sistema PI. Figura 7: Fluxo de dados 23 Uma das grandes qualidades do Archive Subsystem é a capacidade de armazenar dados eficientemente. Porém, o grau de eficiência depende de como o PI UDS foi ajustado pelo administrador do sistema. A eficiência pode ser mensurada por dois indicadores opostos: quanto espaço em disco é utilizado em oposição à acuidade da informação armazenada. Assim, resulta que quanto mais eficiente é o armazenamento, maior número de dias a informação pode estar disponível aos usuários. Assim, antes de serem armazenados em arquivos, os dados podem ser filtrados eletronicamente e estatisticamente a fim de se determinar quais eventos são significativos. O primeiro desses processos ocorre no nó ou ponto de coleta dos dados e é chamado de Teste de Exceção, enquanto o outro é executado pelo próprio servidor PI sendo chamado de Teste de Compressão. Um esquema sucinto desses processos pode ser visualizado na Figura 8 e Figura 9. Figura 8: Fluxo de dados nos testes de exceção e compressão Figura 9: Exemplo do processo de filtragem dos dados 3.5.1: Configuração dos pontos A maioria das fontes de dados para o sistema PI constituem-se de interfaces de aquisição para sistemas de instrumentação. Um ponto no sistema PI é definido 24 com base na variável a ser rastreada, seja ela uma temperatura, vazão, status de motor, etc. A Figura 10 ilustra a arquitetura do sistema PI na U-144. Figura 10: Arquitetura do sistema PI na U-144 Cada ponto tem aproximadamente 50 atributos que definem como a informação será coletada e armazenada. A configuração adequada destes atributos é essencial para otimização do sistema PI, tanto em termos de eficiência no armazenamento quanto para recuperação rápida dos dados. A criação e manutenção de pontos pode ser feita utilizando um add-in para Microsoft Excel chamado PI TagConfigurator, ou então através dos aplicativos PI PointerBuilder (utilizado também para manutenção da tabela de estados digitais) e PIconfig (ferramenta baseada em scripts executada em ambiente Microsoft DOS). 3.5.2: Snapshot Um novo evento no sistema PI proveniente de uma interface ou de um programa de entrada manual de dados é enviado ao Snapshot Subsystem. O snapshot corresponde ao valor mais recente para um ponto, podendo ser entendido como um buffer com capacidade para apenas um elemento. Quando um novo elemento é coletado este se torna o novo snapshot. O snapshot previamente 25 armazenado é avaliado de acordo com os parâmetros de compressão e é então enviado ao Event Queue ou descartado. 3.5.3: Teste de Exceção A maioria das interfaces de coleta de dados são ajustadas de forma que apenas dados significativos são enviados ao PI UDS. Este processo é chamado teste de exceção. Assim, o valor atual de uma variável é comparado ao valor anteriormente enviado, sendo que apenas valores significativamente diferentes serão enviados ao PI UDS. O teste de exceção é basicamente um meio de filtragem de dados. Os programas executados na interface normalmente executam um algoritmo similar a: • Um novo valor é comparado ao último reportado. O novo valor não será reportado a menos que: o A diferença entre o novo e último valor é maior que ExcDev (Exception Deviation Specification) o E a diferença entre os tempos do novo e do último valor é superior ou igual a ExcMin (Minimum Exception Time) o OU a diferença entre os tempos do novo e do último valor seja superior a ExcMax (Maximum Exception Time) se nenhum novo valor é recebido da interface Quando uma variável viola o teste de exceção, o valor que violou o teste e o anterior são enviados ao PI UDS. A Figura 11 ilustra este processo. 26 Valor que passou no teste de exceção Trend se o valor anterior não é enviado Trend se o valor anterior é enviado Valor anterior Valores em snapshot Figura 11: Funcionamento do Exception Report 3.5.4: Compressão de dados Após deixarem o Snapshot Subsystem, os eventos são avaliados de acordo com as políticas de compressão a fim de se determinar se são eventos significativos. Se sim, serão enviados ao Event Queue. Se não, serão descartados. Este processo é conhecido como compressão. O método de compressão utilizado permite ao sistema PI disponibilizar online quantidade de dados significativamente superior e com um maior nível de detalhamento em comparação com sistemas convencionais de armazenamento, baseados em média ou amostras periódicas, por exemplo. O método de compressão utilizado pelo PI é conhecido como “swinging door compression”. Este método descarta valores que estão dentro de um paralelogramo em torno da linha que conecta o último valor arquivado e o último valor recebido. Caso o último valor recebido faça com que o paralelogramo não compreenda todos os pontos previamente avaliados desde o último ponto arquivado, então o valor anterior a este último valor recebido é armazenado. A largura do paralelogramo é duas vezes o valor de CompDev (um valor de desvio para cima e um para baixo). A Figura 12 ilustra este processo. 27 Este valor arquivado This value will beserá archived. Eng Unit Value Um paralelogramo deviation entre este ponto eo A compression blanket último arquivado compreenderá drawn to thisnão point would not todos osinclude pontos previamente all points avaliados, since theassim most, o valor anteriorarchived será arquivado recently value, so the previous value would be archived. Mostvalor recently Último archived value arquivado CompDev Compression Deviation Specification Paralelogramo Compression Deviation Blanket Time Figura 12: Método de compressão Assim, um teste de compressão é realizado com base em quatro parâmetros: • CompDev (Compression Deviation): É o parâmetro de compressão mais importante (especificado em unidades de engenharia), sendo freqüentemente ajustado após a criação do ponto. Um valor razoável para CompDev é de 1 a 2% o range para transmissores e de 0.5 a 1% do range para termopares. O objetivo é filtrar ruído do instrumento ou do processo e ainda assim armazenar mudanças significativas na variável. • CompMin (Compression Minimum Time): Tempo mínimo a partir do último evento arquivado para que um novo ponto possa ser arquivado. • CompMax (Compression Maximum Time): Tempo limite a partir do último ponto arquivado para que um novo ponto seja arquivado. • CompDevPercent: similar ao CompDev, porém, o desvio é especificado como uma porcentagem do range em unidades de engenharia. 28 Para pontos digitais, qualquer mudança é considerada como um evento significativo. Assim, somente os parâmetros CompMin e CompMax devem ser determinados. Como pôde ser visto, o processo de compressão de dados é similar ao teste de exceção, comportando-se como um filtro. A diferença é que as especificações de exceção determinam quais eventos devem ser enviados ao PI, enquanto a compressão determina quais dos eventos enviados ao PI serão arquivados. 3.6: Tags Cada tag possui uma localização única no sistema PI, e deve ser utilizada para armazenar fluxos individuais de dados, como por exemplo: a vazão em uma tubulação, o modo de um controlador, um comentário em forma de texto, os resultados de um totalizador, ou seja, qualquer informação que possa ser medida pode ter seus valores armazenados em uma tag do PI. Cada tag do PI possui uma série de atributos para descrever os diferentes sistemas com que interage. Estes atributos podem ser resumidos pela pergunta que cada definição tenta responder, como: • descrever a tag para uma aplicação cliente e para o usuário, determinando como a informação deve ser exibida; • descrever a tag para a interface, determinando como e onde a interface deve coletar a informação para a qual está destinada; • descrever a tag para o servidor PI, determinando como o servidor deve armazenar a informação. As tags possuem certos atributos que controlam como os dados são exibidos e manipulados dentro do sistema. Alguns dos atributos mais importantes são: • Tag name: nome único destinado a cada variável monitorada; • Descriptor: descrição da tag com no máximo 26 caracteres; • Point Source: permite agrupamento das tags segundo a interface de dados utilizada (SDCD, CLP, ou outras fontes). O valor padrão é K para pontos da Pesquisa; 29 • Zero, Span e Typical Value: valor mínimo, escala e valor típico; • Step: mostra a informação como ZOH (Zero Order Holder – Interpolação de Ordem Zero) ou como uma interpolação linear; • Location#: define o endereço da informação no SDCD: o Location1: contém o número da interface. Normalmente, o número da interface deve coincidir com o número lógico utilizado pelo software da interface (ABB/Bailey semAPI RunTime); o Location2: deve ser igual a (INFI 90 Loop Number * 256) + PCU Number; o Location3: INFI 90 Module Number; o Location4: INFI 90 Block Number; o Location5: especifica o tipo de ABB/Bailey Point Type que será lido, com por exemplo: analog, digital, station, RCM, etc. • PtOwner, PtGroup, PtAccess: controla os usuários que podem modificar ou visualizar os atributos das tags; • DataOwner, DataGroup, DataAccess: controla quem pode ler ou escrever dados; • Compression Specification: controla como a informação é arquivada; • Exception Specification: controla como os dados e o ruído são filtrados permitindo-se obter um fluxo de dados limpo e significativo. 3.7: Interfaces para outros sistemas Interfaces são módulos de software que permitem a coleta de dados provenientes de dispositivos computacionais que realizam o monitoramento e/ou controle de um processo. Fontes de dados típicas são SDCDs, CLPs, sistemas de laborátorio, etc. A maioria destas interfaces também permitem enviar dados no sentido inverso, ou seja, do sistema PI para o processo. Atualmente, o sistema PI 30 conta com mais de 350 interfaces para mais de 500 sistemas de controle. A Figura 13 demonstra o papel da interface em um sistema de coleta de dados utilizando o PI. Figura 13: Interface como intermediadora na coleta de dados O sistema PI permite a coleta simultânea de dados através de uma grande variedade de nós de rede. Esta arquitetura distribuída para a coleta de dados oferece muitas vantagens em relação a uma estrutura monolítica, incluindo escalabilidade, robustez e flexibilidade. O PI-API corresponde a uma biblioteca de funções que permitem acesso ao sistema PI, tanto para armazenamento quanto para recuperação de dados. A OSIsoft tem usado o API para criar interfaces que podem ser executadas sobre uma grande variedade de plataformas. Usuários podem também usar o PI-API para criar suas próprias aplicações. A Figura 14 apresenta um diagrama ilustrando uma arquitetura hipotética para o sistema PI, composta de uma arquitetura distribuída para a coleta de dados. 31 Figura 14: Sistema PI com arquitetura distribuída para coleta de dados 3.7.1: Interface semAPI Na U-144, a interface Bailey semAPI realiza a comunicação entre o SDCD ABB/Bailey INFI 90 e o servidor PI. Para isso, é instalada em um nó da rede sendo executada como uma aplicação cliente PI-API. Esta situação é ilustrada na Figura 15. Figura 15: Interface entre o SDCD (DCS) INFI 90 e o servidor PI utilizando Bailey semAPI 32 A comunicação utilizando a interface Bailey semAPI exige o software ABB/Bailey semAPI Run-Time, o software PI Bailey semAPI, da OSIsoft, e ainda um cartão de comunicação ICI (INFI-NET to Computer Interface). O ABB/Bailey semAPI Run-Time manipula em baixo nível os protocolos de comunicação e o trânsito de dados da rede INFI-NET (principal via de comunicação do SDCD INFI 90), disponibilizando-os em alto nível para a interface PI Bailey semAPI. Isto é necessário uma vez que os protocolos de baixo nível são proprietários. O computador da interface é conectado ao SDCD via conexão SCSI utilizando-se um cartão de comunicação INICI03. O cartão INICI03 consiste de três módulos: INICT03 Computer Transfer, INNIS01 Network Interface, IMMPI01 Multifunction Processor Interface. Esta situação é ilustrada na Figura 16. Figura 16: Conexão entre computador interface e o SDCD através do cartão INICI03 A interface PI Bailey semAPI fornece uma transferência de dados bidirecional entre o sistema PI e a rede INFI-NET. Essa interface foi desenvolvida para tirar proveito da biblioteca semAPI da ABB/Bailey. A interface controla todo o protocolo de comunicações da rede INFI-NET, tornando assim possível que o sistema PI se comunique com os cartões ICI conectados ao SDCD por uma série de métodos (conexão serial, Ethernet e SCSI). Todos os dados lidos pela interface são provenientes de relatórios de exceção (Exception Reports) do SDCD INFI 90, que gera uma exceção sempre que 33 o valor ou status de uma variável muda, ou quando um limite específico de tempo foi atingido desde o último relato. A topologia de rede usual utilizada pela interface é a ponto-a-ponto, sendo que os softwares ABB/Bailey semAPI Run-Time e PI Bailey semAPI estão no mesmo computador. Este computador é fisicamente conectado por um cabo SCSI ao cartão de comunicação INICI03, e este está conectado à rede INFI-NET, como descrito na Figura 17. Figura 17: Conexão entre o computador interface e o SDCD ABB/Bailey INFI 90 3.7.2: Seqüência de Ações da Interface A seqüência de operações da interface após a inicialização é a seguinte: • A interface obtém todas as tags de um respectivo Point Source e processa somente aquelas tags cujo atributo onde é descrito o número da INICI coincide com aquele que foi passado para ela como parâmetro na sua inicialização. No caso da U-144, o Point Source é “K” e o número da INICI é 2. A interface cria então uma lista indexada pelo número do pointID da lista de tags. • A interface tenta iniciar a comunicação com o cartão de comunicação INICI. Quando a comunicação é estabelecida, a interface cria um device driver que manipula fisicamente e em baixo nível os protocolos de comunicação. 34 • A interface então estabelece os tags na tabela do módulo de comunicação da ABB/Bailey. Após todos os dados serem estabelecidos e conectados, a interface entra na fase de coleta de dados. • A interface mantém a leitura dos Exception Reports até o número máximo de exceções especificada na inicialização da interface. • Se mais de dois minutos se passarem desde a última leitura na tabela de pontos, a interface verifica se houveram alterações nesta tabela e promove então a alteração em sua tabela interna, adicionando, deletando ou atualizando os atributos dos pontos. • Os dois últimos passos são repetidos continuamente enquanto a interface estiver rodando. • Se a interface encontrar dez erros consecutivos durante a coleta de dados, então ela volta para o início do procedimento, tentando reiniciar a comunicação com cartão INICI. 35 Capítulo 4: Sistema de Controle Distribuído (SDCD) O Sistema Digital de Controle Distribuído, muito embora não faça parte do sistema PI como um todo, é o responsável pela coleta de dados tanto analógicos quanto digitais na área de processo. Os dados enviados para o SDCD pelos dispositivos de campo são os mesmos repassados em tempo real para interface que enviará os dados para o PI Data Archive. O SDCD, lançado em meados da década de 70, tinha a função de automatizar uma planta por completo, substituindo os painéis dos controladores (variáveis analógicas) assim como os de relés (variáveis digitais). Os SDCDs flexibilizaram o tamanho de seu hardware de forma a atender aplicações de pequeno/médio portes e também “abriram” o seu sistema viabilizando a comunicação com uma grande variedade de hardwares/softwares do mercado. Eles foram concebidos de forma a permitir a escalabilidade do sistema e também a operação ininterrupta do processo, possibilitando a inclusão de cartões de I/O e a redundância dos mesmos sem a parada da CPU do sistema. Os Sistemas de Controle Distribuído têm sido usados em aplicações que exigem um controle de processo em larga escala, onde é possível rodar várias operações complexas para uma variada gama de processos diferentes. A utilização de SDCDs reduziu o uso de computadores centralizados, e, dentro deste conceito distribuiu a IHM (Interface Homem Máquina), o controle lógico e a base de dados em diferentes placas de circuito dentro do computador, reduzindo assim o risco de falhas do sistema como um todo. A U-144 utiliza para controle e monitoramento de seus processos o SDCD Bailey INFI 90, que controla ainda as unidades 104 e 2325. Este sistema é ainda utilizado pelo Módulo Industrial de Processamento de Xisto (U-230), além de ser largamente utilizado por outras unidades do sistema PETROBRAS. Nas seções seguintes este sistema será brevemente apresentado. 36 4.1: SDCD Bailey INFI 90 O Sistema Digital de Controle Distribuído INFI 90 é um sistema distribuído de gerenciamento e controle de processos. Utiliza uma série de unidades de controle integradas, permitindo monitoramento e controle de variáveis de processos, tais como vazões, temperatura e pressões, de acordo com as configurações de controle definidas pelo engenheiro ou técnico do processo. A arquitetura do INFI 90 é baseada em microprocessadores, possuindo capacidade de realizar funções de controle e gerenciamento de processos, permitindo ainda interligação de outros equipamentos, tais como Controladores Lógicos Programáveis e Computadores de Processo, entre outros. O sistema possui como principais características: • Alta capacidade computacional dos módulos microprocessados, permitindo ao usuário realizar o controle avançado de múltiplas variáveis no próprio sistema, sem a necessidade de computador externo; • A arquitetura de comunicação do sistema permite que qualquer estratégia de controle tenha acesso a qualquer entrada/saída disponível no sistema, não sendo necessária a utilização de fiação. Com isto torna-se simples a configuração de um controle avançado; • O controle seqüencial pode ser implementado na mesma PCU (Process Control Unit) ou módulo que os controles analógicos. O sistema é formado pelas seguintes partes: • Unidade de Controle de Processo: onde estão localizados os módulos de interface com processo; • Estações de Operação: são as interfaces do sistema com o operador, permitindo que este atue nos controles; • Rede de Comunicações: permitem a comunicação entre as diversas partes do sistema e/ou com outras redes e sistemas externos. 37 A unidade de controle e monitoração de processo (PCU) é o coração do sistema. Funcionalmente, a PCU é o local onde são realizadas as principais funções de um sistema de automação: • Aquisição de dados; • Tratamento de sinais analógicos e discretos; • Controle regulatório básico e avançado; • Controle seqüencial; • Intertravamento/segurança de equipamentos. As Vias de Comunicação de Dados (Data Highways) são utilizadas para transmissão de dados dentro de uma PCU, entre PCUs, e a outros dispositivos, tais como Estações de Operação. O sistema INFI 90 pode suportar as seguintes vias de dados: • INFI-NET: é um sistema de comunicação digital, redundante e de alta velocidade, sendo a via de comunicação central do sistema INFI 90; • CONTROLWAY: é a principal via de comunicação dentro de uma PCU. É um sistema de comunicação redundante, capaz de interligar até 32 módulos inteligentes, chamados de Processadores de Multifunção – MFP (Multi-Function Processor); • SLAVEBUS : é a via que interliga os diversos módulos escravos de uma MFP. Sua capacidade é de interligar até 64 módulos escravos de I/O a uma MFP; • FIELDBUS: é a via que interliga até 15 transmissores inteligentes (smart transmitters) ao sistema. O FIELDBUS se interliga ao SLAVEBUS através de um módulo escravo chamado Fieldbus Slave; O sistema possui ainda uma grande variedade de ferramentas que facilitam a integração do sistema de controle à filosofia de controle gerencial da empresa. Estas ferramentas incluem interfaces de operação, interfaces com outros dispositivos e ferramentas de engenharia. Entre as interfaces com outros dispositivos, tem-se, por exemplo, a realização de cálculos e manipulação da base dados (não disponível no sistema) através de uma interface ICI (INFI-NET to 38 Computer Interface), interligando a rede INFI-NET à outro computador, tal como é realizada a interface com o sistema PI. A arquitetura do sistema INFI 90 é ilustrada no Anexo A. 4.1.1: ABB Process Portal O Process Portal é o sistema que realiza a Interface Homem Máquina para vários sistemas de controle da ABB. Oferece flexibilidade e consistência como IHM comum para os seguintes sistemas de controle: • Advant Mod 300; • Freelance 2000; • Symphony Harmony; • Symphony Melody. O suporte ao sistema Symphony Harmony inclui o sistema INFI 90 OPEN, que, a partir da compra da Elsag Bailey pela ABB, em 1998, passou a integrar a linha de produtos ABB IndustrialIT - OperateIT. O sistema Symphony Harmony também fornece suporte a fonte de dados OPC (OLE for Process Control), permitindo a integração com sistemas de controle de outros fabricantes. As principais características do ProcessPortal são: • Utilização de tecnologia baseada em “Internet Browser”, fornecendo integração de todas as tarefas supervisórias em uma única janela; • Sistema de controle “True open”; • Interface DCOM para acesso à informação; • Servidores de dados históricos e configurações baseados em SQL Server; • Políticas de segurança e reconhecimento de usuários que permitem adaptação da interface IHM às necessidades específicas do processo e configurações individuais dos usuários; 39 O Process Portal é executado em estações de trabalho sobre o ambiente Windows 2000. Utilizando gráficos de processo interativos, os operadores do processo podem monitorar e controlar todas as malhas analógicas e dispositivos digitais conectados a rede INFI 90. O Process Portal fornece uma interface que permite configurar e alterar gráficos supervisórios, configurações de variáveis (tags), alarmes, funções de controle de processos, sequenciamento, e configurações de segurança, permitindo definir níveis de segurança aos diversos usuários. As maioria das alterações são realizadas imediatamente, on-line, não requerendo tempos de compilação e interrupções ao processo. A Figura 18 apresenta uma tela de processo do ProcessPortal, podendo-se visualizar sua execução utilizando o browser Internet Explorer. Figura 18: Uma das telas de processo da U-144 no Process Portal 40 Capítulo 5: Tarefas Desenvolvidas Neste capítulo são descritas as principais atividades desenvolvidas durante o período de estágio. Como pode ser visto nas próximas seções, os trabalhos realizados concentraram-se na resolução de problemas relacionados aos sistemas de aquisição e armazenamento de dados da U-144. Assim, são sumarizadas as etapas envolvidas na instalação e administração do sistema PI, além de descrito o processo de reinstalação e configuração da interface ABB Process Portal. 5.1: Instalação e configuração do servidor PI O foco do trabalho de estágio estava na instalação, configuração e administração do sistema PI para as unidades de pesquisa da SIX, em especial para unidade U-144. Assim, inicialmente, foi realizado o estudo do sistema PI através de manuais, documentação e suporte técnico. A instalação de um no servidor para o PI era necessária, pois, as unidades 144, 104 e 2325 estavam utilizando um servidor instalado na gerência de produção, responsável também pela coleta de dados do Módulo Industrial (U-230). Esta situação era desconfortável, principalmente, devido ao fato de a gerência de pesquisa não ter acesso direto ao sistema, sendo este administrado por operadores da U-230. Havia interesse em dominar o sistema e desmistificá-lo, possibilitando gerenciamento e configurações especificas conforme será descrito adiante. Além disso, a versão utilizada na U-230 já estava bastante desatualizada (versão 3.2). 5.1.1: Instalação do servidor PI em uma nova máquina Primeiramente, realizou-se a instalação do sistema em uma máquina de testes. Depois, o sistema foi instalado em um servidor específico (s2810au03), adquirido exclusivamente para este fim, não sendo instalados softwares adicionais que pudessem concorrer em recursos com o sistema PI. Neste servidor foram instaladas versões atualizadas do sistema (versão 3.4) e de seus aplicativos, obtidas junto ao suporte do fabricante (Osisoft). 41 Os aplicativos instalados na máquina s2810au03 foram os seguintes: • PI-UDS (Universal Data Server); • PI-SDK (Software Development Kit) – fornece uma interface entre o sistema PI e linguagens de programação, facilitando o desenvolvimento de aplicações clientes; • PI-ProcessBook – ferramenta cliente para exibição de dados de processo armazenados na base de dados do sistema PI (PI Data Archive) e outras fontes de dados; • PI-ICU (Interface Configuration Utility) – aplicativo para configuração de interfaces; • PI-SMT (System Management Tools) – conjunto de aplicativos gráficos utilizados para administrar o sistema PI de computadores clientes; • PI-DataLink – fornece uma interface entre a base de dados do sistema PI e aplicativos de planilha eletrônica (Excel e Lotus 1-2-3) rodando sobre plataforma Windows. Instala o add-in PI-TagConfigurator. Além de configurações na máquina interface, que deveria ser ajustada de modo que passasse a enviar dados para o servidor recém instalado, houve necessidade de configurações no próprio servidor, que deveria ser habilitado de modo a permitir escrita de dados provenientes da interface. Para configurar a interface de modo que esta passasse a enviar dados para o novo servidor PI, foi necessário editar dois arquivos na própria máquina interface. O primeiro deles é chamado “pilogin.ini” e estabelece a quais servidores PI o nó PI-API pode se conectar, permitindo-se definir um servidor padrão. O segundo arquivo configurado foi o “blysem.exe”, que estabelece os parâmetros de configuração da interface PI Bailey semAPI. O código do arquivo “blysem2.bat”,que coleta e transfere corretamente os dados da interface pode ser visualizado a seguir: rem BLYSEM2.bat rem Os parametros a seguir sao da interface da pesquisa rem ICI=2 (numero do ICI) rem PointSource tipo K (ad pesquisa) rem IN=2 (respectivo location1 - parametro das tags tipo K no PI Server) rem ID=1 (ICI primario, nao redundante) rem com output habilitada rem f sao definicoes de scan classes 42 rem ec = io rate counter (utilizado se necessario) rem to = ICI timeout rem me = numero maximo de excecoes por iteracao rem outros parametros setados como default. blysem2.exe /host=S2810AU03:5450 /id=1 /ec=1 /ps=K /in=2 /ici=2 /me=1000 /to=180 /f=00:00:15,00:00:00 /f=00:00:30,00:00:00 /f=00:00:45,00:00:00 /of=1 /q /stopstat Para configurar o servidor PI de modo que este fosse habilitado a receber dados provenientes da interface, foi necessário acrescentar a máquina interface na tabela PI-Trust, que pode ser acessada a partir da ferramenta PI-SMT. A tabela PITrust é utilizada para permitir a clientes PI-API (no caso a interface) acesso automático a aplicações do servidor. Após alguns testes verificou-se que o servidor estava aquisitando corretamente os dados. Após os procedimentos de instalação, foi realizada a inserção da base de dados no novo servidor (inserção das tags e suas configurações), realizando-se atualização em relação a base de dados do SDCD. Nesta etapa foram criadas as tags no novo servidor, além de eliminação de tags não mais existentes no processo e correção daquelas que não estavam aquisitando dados corretamente devido a problemas de configuração (localização não atualizada das tags no SDCD e atributos mal ajustados). Esta etapa foi realizada utilizando-se o add-in PITagConfigurator e estendeu-se durante todo o período de estágio, sendo esta uma das atribuições fundamentais do administrador do sistema. 5.1.2: Configurações pós-instalação Após a instalação do sistema, foi necessária a formatação dos valores numéricos das tags, que são mostradas em relatórios ou em aplicativos clientes como o PI-ProcessBook. Os tipos de formato admitidos são mostrados na tabela abaixo: 43 Novas tags, após criadas, possuem como default DisplayDigits -5. A alteração do tipo de formato pode ser realizada através do aplicativo PIconfig utilizando-se o prompt de comando do DOS. Abaixo são mostradas algumas linhas de código no PIconfig que alteram o formato numérico para “23.45”, por exemplo: @table pipoint @mode edit @select tag=*, pointsource=* @modify displaydigits=2 @endsection Este tipo de alteração foi necessária e executada em todas as tags armazenadas no servidor s2810au03, pois, existem diferentes tipos de tags (digitais, analógicas, alarmes, etc) e que necessitam configurações especificas para exibição de seus dados. Realizou-se ainda a criação de novos archives. Archives são a base de dados do servidor PI, correspondendo aos arquivos onde os dados de processo que passam pelos testes de exceção e compressão serão armazenados após aquisitados. Cada archive é utilizado até que seja completamente preenchido, passando o servidor PI a gravar dados no archive seguinte. Após todos os archives terem sido preenchidos, o servidor passa a sobrescrevê-los, devendo-se antes disso proceder um backup permanente de cada archive em um meio de armazenamento externo, como por exemplo CD-ROM. Na instalação do PI-UDS são criados, por default, apenas três archives. A criação de novos archives pode ser realizada em qualquer instante, podendo existir no máximo 99 de qualquer tamanho. Para o servidor PI da U-144 foram criados inicialmente quinze archives de 500 MB cada. O tamanho de 500 MB foi escolhido de forma que seja possível o backup permanente em CD-ROM. 5.1.3: Criação de um sistema de backup Serão abordadas duas formas de backup. A primeira refere-se a backups regulares, executados sobre dados que mudam freqüentemente. A segunda forma refere-se a backups permanentes, que devem ser executados assim que um archive é substituído (é completamente preenchido, sendo posteriormente sobrescrito). 44 5.1.3.1: Backups regulares Deve-se programar backups regulares sobre dados que sofram alterações freqüentes. Para isso, pode utilizar a ferramenta “pibackup.bat”, compatível com as versões 3.2 SR1 e subseqüentes. A sintaxe é a seguinte: pibackup.bat <pi root path> <backup path> <number of additional archives> [-install] Como por exemplo: pibackup.bat d:\pi c:\pibackup 1 [-install] O argumento <number of additional archives> especifica o número de arquivos adicionais a serem copiados além do archive que está sendo utilizado no momento. A execução deste comando pára temporariamente a execução de cada um dos subsistemas PI, entretanto, não há perda de dados. Estes serão armazenados no “Event Queue”. Neste exemplo de implementação, os arquivos de backup são armazenados em disco, podendo posteriormente ser armazenados em outro meio, como, por exemplo, fita. Isto é porque uma gravação de disco-para-disco é muito mais rápida, não deixando os archives off-line mais tempo que o necessário. O argumento [-install] é opcional. Para poder utilizá-lo é necessário agendar sua execução no aplicativo Scheduled Tasks do Windows, permitindo a execução automática do aplicativo “pibackup.bat”. 5.1.3.2: Backups permanentes Após cada archive ter sido preenchido, será necessário um backup permanente pois, posteriormente, estes serão sobrescritos. É recomendado aguardar um período de aproximadamente duas semanas antes de executar o backup definitivo de cada archive que foi completado, permitindo que algumas alterações devido a processamentos executados sobre os dados possam ser armazenadas. 45 Para executar um backup permanente de um único arquivo, podem-se executar os comandos abaixo (neste exemplo supondo-se que se quer armazenar o archive 2): piartool –bs 2 copy myarchivefile.dat c:\MyBackupDir copy myarchivefile.ann c:\MyBackupDir piartool –be Após este procedimento, deve-se copiar o arquivo de backup para outro meio, como, por exemplo, fita ou CD-ROM. Opcionalmente, para fins de organização, pode-se gerar um arquivo que identifica os horários de início e fim de armazenagem de dados associados a um archive através do comando: piartool –al > c:\MyBackupDir\myarclist.out 5.1.3.3: Recuperação de backups Para recuperação de arquivos armazenados em meio externo (fita, CD-ROM, etc) devem-se seguir os procedimentos: • Copiar o arquivo para o disco rígido local; • Não sobrescrever o arquivo quando este for copiado; • Registrar o arquivo em sua nova localização através do comando: piartool –ar c:\pi\dat\RestoredArc.dat • Ajustar o arquivo de forma que não possa ser sobrescrito, executandose: piartool –ads c:\pi\dat\RestoreArc.dat 5.1.4: Atualização e configuração de tags Após a instalação do servidor PI na máquina S2810au03, foi necessária a inserção das tags das unidades U-144, U-104 e U-2325 neste servidor. Como já descrito, este processo foi realizado através do add-in PI-TagConfigurator, que exporta as tags e seus atributos através de planilhas Excel. A Figura 19 mostra a planilha utilizada para inserção e atualização de tags. 46 Figura 19: Planilha utilizada para inserção e atualização de tags Após este procedimento, foi necessário realizar um estudo comparativo entre as tags inseridas (importadas do antigo servidor PI) na base de dados do sistema PI recém instalado e as tags efetivamente utilizadas pelo SDCD, visto que as tags levantadas já se encontravam desatualizadas, sendo que muitas já não existiam e outras apresentavam erros de configuração. Após as configurações iniciais, foi necessária atualização constante da base de dados do servidor PI. Assim que eram realizadas alterações nas tags do SDCD, estas eram atualizadas no PI. Este procedimento era bastante importante, pois, tags não corretamente especificadas não são aquisitadas pela interface, sendo sua informação perdida. O procedimento de conferência das tags era realizado através de tabelas em MS-Access que eram geradas pelo SDCD e continham todas as tags do sistema, além de seus atributos (zero, span, Location, Tag Type, etc.), sendo então realizadas consultas buscando-se a divergência de dados entre o SDCD e a base de dados do servidor PI. 47 5.1.5: Construção e atualização de telas de processo As telas de processo da U-144 em sua grande maioria encontravam-se desatualizadas. Por ser uma unidade de pesquisa, a U-144 está constantemente sofrendo modificações, sendo freqüente a inserção de novos equipamentos, alteração nas tubulações e modificações nos parâmetros de configuração e modos de controle. Assim, a medida que as alterações são realizadas, estas são instantaneamente efetuadas no SDCD para que este esteja adequado para o controle da planta em sua nova configuração estrutural. As telas de processo do sistema PI eram construídas de forma bastante manual, utilizando-se a telas de controle do SDCD como base, porém, sendo efetuadas alterações de cores e forma de exibição dos valores das tags. Deste modo, houve a necessidade de adequação de todas as telas de processo da U-144 para que estas pudessem ser facilmente atualizadas e refletirem as últimas modificações efetuadas nas telas de controle do SDCD. Assim, utilizou-se uma nova metodologia para confecção de telas, passandose a utilizar como pano de fundo para as telas do PI o mesmo pano de fundo utilizado nas telas do SDCD. Desta forma, assim que atualizações eram realizadas nas telas do SDCD, o operador responsável disponibilizava o pano de fundo das telas alteradas, sendo então efetuada substituição e adequação apenas do pano de fundo (e das tags quando necessário) e não de toda a tela. Outra vantagem desta abordagem é que as telas do PI passaram a ser idênticas as telas do SDCD, facilitando sua análise. A Figura 20 mostra um exemplo de tela construída no PIProcessBook. 48 Figura 20: Exemplo de tela de processo do PI-ProcessBook Além de atualização das telas da U-144, foram confeccionadas todas as telas de processo da U-104, que ainda não existiam no sistema PI. 5.2: Resolução de problemas de hardware no computador interface Desde sua instalação, o computador que serve de interface entre o SDCD e o servidor PI vinha apresentado problemas de funcionamento, prejudicando a confiabilidade do sistema PI. Sua operação era instável, sendo freqüente a ocorrência de “congelamentos” do sistema operacional. Esta situação era bastante delicada, uma vez que o “congelamento” da interface resultava em perda definitiva dos dados. Várias alternativas foram executadas na tentativa de resolução deste problema. Primeiro, imaginava-se que o problema pudesse estar na instalação do sistema operacional (Windows NT 4.0 SP5) e dos softwares dedicados da interface (ABB/Bailey semAPI Run-Time e PI Bailey semAPI). Após reinstalação destes 49 verificou-se que o problema persistia. Imaginou-se então que o problema poderia estar no hardware da interface, passando-se a examinar os itens de hardware que pudessem causar este comportamento. Uma vez que a máquina está localizada na sala de controle da unidade, sem ar-condicionado e ao lado dos painéis do SDCD, a primeira suspeita era que a interface estivesse “congelando” devido a superaquecimento do processador. Assim, procedeu-se a troca do “cooler” e verificou-se que problema continuava. O próximo item a ser examinado foi a placa de comunicação SCSI. Esta também foi substituída, não havendo diferença no comportamento do computador interface. Por fim, após a execução de testes com a máquina interface desconectada do SDCD (conexão SCSI desconectada do cartão ICI), verificou-se que o “congelamento” ocorria somente quando a placa de rede estava conectada. Procedeu-se a substituição desta e finalmente a máquina interface passou a funcionar continuamente. A placa de rede defeituosa havia sido instalada pelos técnicos da ABB, quando da instalação do sistema INFI 90. Assim, para sua substituição foi necessário solicitar uma nova licença do software ABB/Bailey semAPI Run-Time, pois este possui sua licença de funcionamento vinculada a placa de rede em utilização. Após recebimento da nova licença e configuração dos aplicativos do ABB/Bailey semAPI Run-Time, a máquina interface foi colocada em funcionamento, passando então a transmitir os dados de forma contínua ao servidor PI. O correto funcionamento do computador interface é imprescindível, uma vez que este corresponde a única ligação entre o sistema PI e o processo. Além disso, tem-se ainda que a interface é responsável pela tarefa de buferização dos dados no caso de uma indisponibilidade do servidor PI. 5.3: Reinstalação do sistema Process Portal Desde sua instalação, o sistema Process Portal vinha apresentando problemas relacionados, principalmente, a lentidão na abertura de telas de controle, lentidão na obtenção de relatórios de testes e má qualidade dos dados armazenados no servidor de dados históricos. A não confiança nos dados históricos constituía-se no problema mais crítico. 50 Por ser uma unidade de pesquisa, a U-144 tem sua operação diferenciada em relação às unidades industriais de refinarias, por exemplo. Em unidades industrias não há grande interesse em relação ao armazenamento e utilização de dados históricos, salvo em ocasiões em que se deseja identificar algum problema através da investigação do progresso de algumas variáveis. Todavia, em unidades de pesquisa, cujo funcionamento não é contínuo e sim determinado pela execução de testes sobre a unidade, há grande interesse na geração e manutenção de dados visando posterior análise. Os dados históricos são obtidos do sistema Process Portal através de um add-in para Excel chamado EBReportFunctions, responsável pela busca de dados no servidor de dados históricos (Historian Server). Inicialmente, suspeitava-se que o problema na recuperação dos dados poderia estar associado ao add-in EBReportFunctions. Assim, buscou-se um meio de acesso direto aos dados, sem o uso deste add-in, pretendendo-se utilizar consultas diretas a base de dados (implementada em SQL Server) através da interface de comunicação ODBC. Porém, a tabela na qual os dados são armazenados possui uma codificação que impossibilita a consulta direta aos dados. Após reunião com o engenheiro José Fratantônio, especialista da ABB nos sitemas INFI 90 e Process Portal, este elucidou algumas questões referentes ao mal funcionamento do sistema Process Portal. Primeiramente, o problema de lentidão do sistema foi associado à arquitetura instalada, que possuía poucos recursos computacionais para gerenciamento de um número elevado de pontos (tags). O problema da má qualidade dos dados históricos foi relacionado à configuração incorreta do sistema, que para economizar espaço em disco aplicava sobre as tags aquisitadas uma política de compressão, similar à do sistema PI, que permitia que somente pontos que variassem uma porcentagem do range bastante significativa em relação ao último ponto gravado fossem armazenados. A Figura 21 mostra a janela de configuração dos parâmetros de compressão para todas as tags armazenadas na tabela “Historian_1”, do Historian Server. 51 Figura 21 – Janela de configuração dos parâmetros de compressão Além dos testes de compressão, o sistema Process Portal executava um tratamento estatístico sobre os dados, armazenando definitivamente no servidor de dados históricos somente a média móvel de um determinado número de amostras que passavam nos testes de compressão. Esta configuração é usual em unidades industriais, onde o servidor de dados históricos tem por função armazenar apenas uma tendência da evolução das variáveis. Porém, como na U-144 os balanços de massa e energia dos testes sobre a unidade são realizados com valores de máximo, mínimo, média e desvio padrão obtidos a partir dos dados gravados no Historian Server, tem-se que os dados armazenados devem traduzir com o máximo de detalhes a evolução das variáveis de interesse durante o período de realização dos testes. Como primeira medida, o engenheiro da ABB desabilitou a política de compressão para todas as tags do sistema (aproximadamente 2000), o que levou o Historian Server a armazenar os dados por um tempo inferior a 3 dias, em contraponto a configuração original que retinha os dados por um período de 30 dias, antes de sobrescrevê-los. 52 Porém, em uma nova visita pretendendo a resolução destes problemas, o Engenheiro José Fratantônio procedeu a reinstalação e alteração da arquitetura do sistema Process Portal. A arquitetura original do sistema é apresentada na Figura 22. Figura 22 – Arquitetura original do Process Portal Como pode ser visto na Figura 22, a arquitetura original do sistema era composta de quatro computadores, cada um deles concentrando vários serviços. As máquinas RTDS1 e RTDS2 eram conectadas à rede de processo (rede INFI-NET, possuindo instalado o software ABB/Bailey semAPI Run-Time), tinham como sistema operacional Windows 2000 Server e executavam os serviços de RTDS (Real Time Data Server), Domain Controller (gerenciamento de rede, DNS e contas de usuários) e Client (onde é efetuada operação da unidade). O computador CONFIG era conectado à rede intranet própria do sistema Process Portal, contendo também como sistema operacional Windows 2000 Server e tendo instalado os serviços de configuração (Config Server), armazenamento de dados históricos (Historian Server) e Client. Por fim, a máquina CLIENT4 era apenas um terminal de operação, possuindo como sistema operacional Windows 2000 Professional e tendo instalado somente os serviços de Client. Esta arquitetura foi então modificada, acrescentando-se seis máquinas, como pode ser visto na Figura 23. 53 Figura 23 – Nova arquitetura do sistema Process Portal Desta forma, visando a distribuição do processamento, os serviços foram distribuídos nas diversas máquinas. Assim, as duas máquinas conectadas à rede INFI-NET tiveram instalados somente os serviços de RTDS, sobre a plataforma Windows Professional. Os serviços de configuração e armazenamento de dados históricos também foram instalados em máquinas dedicadas (Windows 2000 Server), bem como os Domain Controllers PRIMARY e BACKUP (Windows 2000 Server) e os clientes (Windows 2000 Professional). Assim, após a migração para nova arquitetura, teve-se como resultado imediato incremento na velocidade do sistema, no que diz respeito, principalmente, a abertura de telas de controle e operação do sistema. Procedeu-se então a configuração do sistema, de modo que este gerasse dados históricos de melhor qualidade. A configuração original possuía ajustado o parâmetro de compressão em 5% do range para todas as tags, como mostrado na Figura 21. Esta configuração foi alterada, passando-se a 1% do range, com exceção das tags utilizadas nos balanços de massa e energia e dos totalizadores, que foram configuradas sem compressão (Raw Collection). Para o grupo de tags utilizadas nos balanços e para os totalizadores (efetuam totalização de vazões em massa num período de tempo), houve ainda execução de configurações no próprio SDCD, que estava ajustado para enviar valores ao Historian Server (Exception Reports) apenas quando houvessem variações acima de 1% do range de cada tag. Esse valor foi então ajustado para uma unidade de engenharia, entrando-se no sistema (através de uma estação de engenharia CAD) com a porcentagem correspondente. Esse 54 ajuste foi necessário, pois, em totalizadores, por exemplo, o range de medição geralmente é muito maior o que a faixa de medição efetivamente utilizada, acarretando que variações de 1% do range acabam por serem significativas e não podem ser descartadas. A fim de comprovar esta situação, foi efetuado um teste antes da reinstalação e reconfiguração do Process Portal. Assim, utilizando-se uma fonte estável de corrente, injetou-se um sinal de 10 mA (range de 4 a 20 mA), correspondente à leitura de 15,01 Kg/h, na saída do controlador de vazão FIC-144507 durante o período de uma hora. Como esta vazão permaneceu constante durante o período do teste, esperava-se que o tatalizador FQI-144507, que realiza a integração do sinal obtido do FIC-144507, registrasse ao final do teste 15,01 Kg. A Figura 24 e Figura 25 mostram a evolução destas tags em um terminal de operação. Figura 24: Leitura do painel no momento de início do teste 55 Figura 25: Leitura do painel após uma hora de teste Porém, os valores armazenados no servidor de dados históricos são bastante diferentes dos observados nos painéis de operação. A Figura 26 mostra os valores obtidos do Historian Server utilizando-se um relatório de testes. Figura 26: Valores obtidos do Historian Server Assim, observa-se a divergência entre os valores instantaneamente lidos e exibidos nos terminais de operação e os valores efetivamente armazenados no Historian Server. Para a FIC-144507 espera-se no relatório que os valores de 56 máximo, mínimo e media fossem 15,01 Kg/h. E para o totalizador era esperado um valor mínimo de 0,00 e um máximo de 15,01 Kg. Após reinstação do Process Portal, reconfiguração dos parâmetros do Exception Reports e eliminação da compressão, os valores apresentados pelo painel de operação e os obtidos do Historian Server ficaram muito próximos, dentro de um limite considerado aceitável. Durante o processo de instalação e configuração do Process Portal, o sistema PI foi utilizado como referência na comparação com os valores armazenados no Historian Server. Acompanhando os dados gerados e armazenados por ambos os sistemas com os valores instantâneos gerados nos terminais de operação, verificou-se que o sistema PI armazenava dados significativamente mais precisos (aplicando as políticas normais de compressão e exceção) dos que os armazenados no Process Portal antes de sua reinstalação, sugerindo que o sistema PI poderia ser utilizado como fonte de dados para realização dos balanços de massa e energia, um dos objetivos há tempo almejados pelos engenheiros de acompanhamento das unidades de pesquisa. Ressalta-se que as alterações efetuadas no sistema Process Portal não tiveram nenhuma influência sobre o sistema PI, que durante o período de reinstalação e configuração do Proccess Portal permaneceu on-line, aquisitando e armazenando dados normalmente. Isto explica-se pelo fato de o Process Portal e o sistema PI utilizarem cartões de comunicação distintos para interfaceamento com a rede INFI-NET. Assim, alterações em configurações no Process Portal não refletem sobre o sistema PI. 5.3.1: Configuração de tags no PI para realização de testes Como apresentado, a obtenção de dados de testes a partir do Process Portal era realizada de forma bastante não confiável. Como alternativa a esta incerteza, buscou-se a utilização de dados armazenados no servidor PI. Para utilização com esta finalidade, visando a obtenção de melhores resultados, foi necessário realizar algumas configurações nas tags de interesse antes da realização dos testes. O sistema PI é originalmente utilizado para monitoramento on-line e armazenamento de dados históricos. Porém, devido às políticas de exceção e compressão, não armazena valores exatos e sim uma boa tendência do que ocorreu 57 no processo, visto que somente os valores que passarem nos testes de exceção e compressão são gravados, sendo os demais descartados. Assim, antes da realização dos testes, criou-se uma ferramenta para que os parâmetros de compressão e exceção fossem desabilitados durante o período de realização de testes, de forma que todos os pontos enviados pelo SDCD à interface fossem gravados. A Figura 27 apresenta uma mesma tag com seus parâmetros de compressão e exceção originais e desabilitados para realização de testes. Figura 27: Evolução de um mesma tag com seus parâmetros de compressão e exceção originais e desabilitados A utilização de valores precisos é bastante importante para realização dos balanços de massa e energia, pois, o software utilizado no cálculo possui como entradas valores de média, máximo, mínimo e desvio padrão de cada variável de interesse no período de realização do teste. Uma vez que a não execução dos testes de exceção e compressão resultam em um número bastante elevado de pontos a serem armazenados, fez-se necessária a criação de um método de configuração das tags de interesse para que estas tivessem seus parâmetros de exceção e compressão desabilitados somente durante a execução de testes. Para automatizar o processo de configuração destas 58 tags foram criados dois arquivos “Batch” do MS-DOS. Um habilitando e outro desabilitando compressão e exceção para o conjunto de variáveis de interesse. Estes arquivos “Batch” executam comandos sobre o aplicativo PIconfig de forma a aplicar as alterações necessárias. Assim, antes da realização de testes é executado o “Batch” que desabilita compressão e exceção, e quando encerram-se os testes é executado o outro arquivo “Batch”, retornando as configurações originais de cada tag. Abaixo é mostrado o código do script apontado pelo “Batch” que executa alterações nas tags utilizando o PIconfig. @table pipoint @mode create, t @istructure tag,excdev,compressing @input teste_on.dat @endsection @exit Este código mostra em que parâmetros as alterações serão realizadas (excdev, compressing) e aponta um arquivo de entrada (teste_on.dat) contendo as tags e os valores destes parâmetros para cada tag. Um trecho do arquivo teste_on.dat é apresentado abaixo. AI-14401,0,0 AI-14402,0,0 AI-14403,0,0 DI-144511,0,0 FI-14405,0,0 FI-144400A,0,0 FI-14440A,0,0 FI-14451A,0,0 FI-14451B,0,0 FI-14455,0,0 FIC-14403,0,0 FIC-14404,0,0 FIC-14410A,0,0 Por fim, tem-se como desenvolvimento futuro a execução automática destes arquivos “Batch” vinculada a uma tag do processo que aponte de forma precisa o estado da unidade (se realizando testes ou não). Além das ferramentas para configuração de tags, criou-se ainda uma planilha eletrônica em Excel responsável pela recuperação de dados e efetuação dos cálculos de média, máximo, mínimo e desvio padrão durante o período de realização de testes. Através da utilização do PI-DataLink, esta planilha recebe como entrada o período de realização do teste e entrega os valores de mínimo, 59 máximo, média e desvio padrão de todas as tags utilizadas nos balanços. A Figura 28 mostra esta planilha. Figura 28: Planilha para recuperação de dados de testes A utilização desta planilha tornou-se bastante importante, uma vez que o sistema Process Portal não está disponibilizando em seus relatórios de testes o cálculo correto do desvio padrão (este é calculado utilizando apenas os valores de mínimo, máximo e média de cada tag), essencial para análise do comportamento das tags durante a realização de testes. Além disso, a utilização do sistema PI configurado para a coleta de dados sem a utilização de políticas de exceção e compressão possibilitou a comparação, análise e avaliação dos dados provenientes do Process Portal após sua reinstalação e reconfiguração. Assim, verificou-se que o sistema Process Portal passou a fornecer dados, em sua grande maioria, coerentes com os aquisitados pelo sistema PI. Desta forma, como ambos os sistemas coletam dados diretamente da rede INFINET, porém, através de cartões de comunicação diferentes, a concordância da informação entre os dois sistemas possibilitou maior confiança nos dados a serem 60 inseridos nos balanços. A não concordância em alguns casos possibilitou a identificação de configurações inadequadas de tags no SDCD e até mesmo problemas de configurações dos instrumentos em campo, observando-se casos em que instrumentos trabalhavam com valores acima do range de medição calibrado, gerando sinais de “bad quality” para o SDCD. Adicionalmente, buscando-se identificar o momento exato de entrada em operação de PSVs (Pressure Security Valves), foram desabilitados os parâmetros de exceção e compressão para tags de PTs (Pressure Transmiters) localizadas a montante de PSVs. Isto foi necessário devido ao fato de em algumas ocasiões ocorrerem o acionamento de PSVs e depois, observado-se os dados históricos do Process Portal e do próprio sistema PI, não ser possível identificar o ponto de pico de pressão, possivelmente mascarado pelas configurações de exceção e compressão. 61 Capítulo 6: Conclusões e Perspectivas O sistema PI é largamente utilizado por todo o sistema PETROBRAS e por diversas indústrias de processo de todo o mundo. Sua larga aplicação explica-se por este fornecer on-line o estado de todas as variáveis monitoradas de um processo, além de possibilitar a exibição de telas tais como elas são apresentadas nos terminais de controle e operação das unidades. Em muitas plantas industriais, como por exemplo o Módulo Industrial de Processamento de Xisto (U-230), o sistema PI corresponde à única ferramenta de armazenamento e visualização de dados históricos. Na U-144 seu correto funcionamento possibilitou a análise, comparação e validação dos resultados fornecidos pela ferramenta usual de recuperação de dados históricos (Process Portal). No início do trabalho, o sistema PI da U-144 encontrava-se numa situação de pouca ou nenhuma utilização. Sua interface de coleta de dados apesar de estar corretamente instalada, sofria problemas de hardware, impossibilitando o fornecimento contínuo de dados ao servidor PI. A detecção e identificação destes problemas foi o primeiro passo para que se passasse a acreditar que o sistema PI pudesse ser utilizado como fonte estável e confiável de dados. A reinstalação do sistema em um novo servidor trouxe diversas vantagens, possibilitando que fossem feitas configurações customizadas e que atendessem às necessidades de exatidão exigidas pela U-144. Desta forma, obteve-se como resultado final um sistema robusto que passou a ser utilizado como fonte alternativa de dados para os balanços de massa e energia, permitindo validar dados fornecidos pelo sistema Process Portal. Além disso, a utilização do sistema PI permitirá backup permanente da base dados em contraponto a situação anterior, onde se tinha dados disponíveis por apenas 30 dias no Process Portal. Além de o sistema PI possibilitar acesso a dados e telas de processo antes apenas disponíveis nas salas de controle, tem-se agora acesso total ao processo 62 através da rede corporativa. Assim, pesquisadores do CENPES, por exemplo, associados às unidades de pesquisa da SIX, podem acompanhar on-line a operação das unidades. Houve ainda a especificação e compra do software PIActiveView, tendo-se como desenvolvimento futuro a disponibilização das telas de processo da U-144 na Internet, permitindo, por exemplo, ao engenheiro responsável tomar decisões importantes mesmo quando não presente através do monitoramento remoto. Na continuação deste trabalho, tem-se como perspectivas de outros desenvolvimentos futuros: • Criação e utilização de ferramentas para inserção automática de valores obtidos em laboratório no sistema PI; • Desenvolvimento de ferramentas para acesso aos dados do servidor PI utilizando interface ODBC via SQL Server e programação de aplicações em PHP e Visual Basic, de forma que se tenha inserção automatizada dos dados nos programas de balanço, atualmente realizada de forma manual; • Utilização do software PI-BatchView para o desenvolvimento de aplicações batelada, de forma que se tenha configuração automática das tags de interesse (sem exceção e compressão) durante a realização de testes; • Criação de mecanismos para sincronização (time stamp) dos sistemas PI e Process Portal para que se tenha melhor precisão na comparação dos dados oriundos de ambos os sistemas. 63 Bibliografia: [ 1 ] K. G. Samia, “Implementação, Configuração e Customização do Sistema PI na Unidade Multipropósito de FCC”, Projeto de Fim de Curso, DAS, UFSC, Março de 2004. [ 2 ] PI Server Reference Guide – Version 3.4. OSI Software, Inc., San Leandro, CA, December 2003. [ 3 ] System Management Tools 3.x User’s Guide – Version 3.0.0.2. OSI Software, Inc., San Leandro, CA, December 2003. [ 4 ] PI Data Link User’s Guide – Version 1.9. OSI Software, Inc., San Leandro, CA, November 2000. [ 5 ] PI Process Book User’s Guide – Version 2.3. OSI Software, Inc., San Leandro, CA, July 2002. [ 6 ] Bailey Infi90 Inteface to the PI System - NT and UNIX version 1.6 to 1.8. OSI Software, Inc., San Leandro, CA, 2002. [ 7 ] Bailey semAPI Interface to the PI System – Version 1.3.6 NT, Version 1.2 VMS. OSI Software, Inc., San Leandro, CA, 1997. [ 8 ] ControlIT Product Guide semAPI (Version 2.2). WBPEEUP350003A2. ABB, December 2002. [ 9 ] OperateIT Process Portal Version B1.2 Configuration. WBPEEUI220790C2. ABB, April 2003. [ 10 ] OperateIT Process Portal Version B1.2 Operation Harmony Connect. WBPEEUI2200788D2. ABB, April 2003. [ 11 ] OperateIT Process Portal Version B1.2 Introduction and Instalattion WBPEEUI220793C2. ABB, April 2003. [ 12 ] http://www.petrobras.com.br [ 13 ] http://www.abb.com [ 14 ] http://www.osisoft.com 64 Anexo A: Arquitetura SDCD Bailey INFI 90 65