A Aracruz Celulose, maior produtora
nacional de celulose branqueada tem duas fábricas: uma em Barra
do Riacho, Espirito Santo, a outra em Guaíba, Rio Grande do
Sul. A fábrica do Espírito Santo é a maior fábrica
de celulose do mundo em um único site, e é formada por
três linhas de produção construídas em
diferentes épocas com as mais modernas tecnologias de processo
no momento de sua implementação.
A linha de produção A teve seu projeto iniciado em 1976
e foi concebida para uma produção de 400.000 toneladas/ano
de celulose branqueada de eucalipto. Seu sistema de automação
era pneumático e assim se manteve até 1997 quando foi
modernizado para um sistema de controle distribuído Foxboro
Sistema I/A, em sua versão 4, utilizando estações
de engenharia e estações de operação com
o sistema operacional Solaris-Unix. Esta troca foi efetuada em paradas
anuais de manutenção, concomitante com a troca de vários
equipamentos de processo. Nesta nova realidade da automação
da planta, a Aracruz implementou várias novidades tecnológicas
das quais salientamos os primeiros CCMs inteligentes e o uso
de instrumentação de campo que foi também trocada,
dos pneumáticos originais, para eletrônica com comunicação
digital inteligente.
A linha de produção B teve seu projeto iniciado em 1986,
em plena vigência da Lei de Reserva de Informática de
triste memória e maléficos problemas herdados pelo País.
Essa nova linha de produção foi projetada para adicionar
mais 525.000 toneladas/ano de celulose à produção.
Seu sistema de automação foi escolhido entre as alternativas
que a legislação de então permitia, a elevados
preços que oscilavam em torno de 5 a 6 vezes os preços
do mercado internacional, e nem sempre com a tecnologia de ponta disponível
no exterior. O sistema escolhido foi um Fisher-Provox que cobria toda
a linha B além de algumas áreas novas da linha A existente.
Uma pequena parte deste sistema foi modernizado em 1999, usando a
exclusiva tecnologia de Migração da Foxboro, onde cartões
de entrada/saída de sistemas legados são substituídos
por modernos cartões Foxboro, mas com formato físico
compatível com os cartões legados, possibilitando uma
troca rápida sem necessidade de alterar nenhuma cablagem de
campo e conseqüentemente, sem necessidade de re-comissionar o
sistema. A unidade de Evaporação da Planta B, com 1060
pontos de E/S foi modernizada , para o Sistema I/A no exíguo
tempo de 3 horas e 17 minutos, sem impacto em perda de produção.
A caldeira de Recuperação B foi modernizada da mesma
maneira, mas com execução simultânea à
reforma completa da caldeira, sem pressão de cronogramas.
A caldeira de recuperação C foi construída simultaneamente
à modernização da linha A, descrita acima, usando
a Aracruz pela primeira vez a contratação na forma EPC,
com total sucesso em termos de resultados ao atendimento ao cronograma
e ao orçamento do projeto. A caldeira C, assim como a modernização
da Linha A, foi automatizada com o Sistema I/A Foxboro da Invensys.
A existência da Caldeira C é que permitiu à Aracruz
reformar a caldeira A e modernizar a caldeira B, como já descrito,
sem prejuízo à produção.
A linha de produção C teve seu projeto iniciado em 1998
e o objetivo foi o de adicionar mais 700.000 toneladas/ano à
capacidade produtiva da planta. Graças ao sucesso conseguido
com a contratação no formato EPC da caldeira C, a Aracruz
decidiu então por executar todo esse novo projeto no formato
EPC. Assim foram escolhidos 10 contratistas para as diversas áreas
de processo da planta, e mais um EPC para prover a automação
completa de todas essas áreas. O grande desafio para o contratista
de automação seria a complexidade de sua interação
com os 10 contratistas de processo, além da própria
Aracruz, sem perder o foco técnico e de aderência aos
complexos cronogramas, aos rígidos valores do orçamento
e ao compromisso de nenhuma interferência na produção
das Linhas A e B. A Invensys Systems Brasil foi a empresa de automação
escolhida. O Sistema Foxboro I/A fornecido, conforme requisitos específicos
de cada contratista, se encontrava então na sua Versão
6, com estações de engenharia/servidores de rede em
Solaris-Unix e estações de operação em
ambiente Windows NT. Esse sistema foi integrado ao sistema instalado
anteriormente na planta A e às áreas migradas da Planta
B. Na planta C a Aracruz também utilizou os recursos de comprovada
eficácia como CCMs inteligentes, usando agora redes Profibus
DP, e instrumentação de campo com comunicação
inteligente. Nesta planta, de forma pioneira no segmento de celulose
no Brasil, a Aracruz executou e implementou o projeto usando um Simulador
para Treinamento de Operação que produziu significativo
retorno sobre o investimento, reduzindo os tempos de partida e com
melhoria da curva de aprendizagem que possibilitaram atingir o patamar
de máxima produção em intervalo de tempo incomparavelmente
menor que qualquer projeto deste porte em todo o mundo.
Com a linha C operando e algumas alterações de processo
realizadas, a Aracruz Celulose Unidade Barra do Riacho no Espirito
Santo superou a marca de produção de 2.100.000 de toneladas/ano.
Neste momento esta unidade da Aracruz está empreendendo um
programa de desgargalamento com o objetivo de aumentar sua produção
para 2.330.000 toneladas/ano. Estão previstas algumas trocas
de equipamentos, já obsoletos, ou com capacidade limitada,
além da troca completa do sistema Fisher-Provox por ser de
uma linha antiga e ter alto custo de manutenção. O sistema
escolhido pela Aracruz para a substituição do Fisher-Provox
foi o Sistema I/A Foxboro, agora em sua Versão 8, com ambiente
Windows XP, tendo estações interligadas por uma rede
Mesh, Ethernet Chaveada de 100 MB/s, em Fibra Óptica, com múltiplas
redundâncias. A vantagem de poder interligar diferentes versões
dos sistemas, das diferentes plantas, usando diferentes plataformas
de sistema operacional sem qualquer limitação, foi decisiva
nesta escolha. O grande desafio, no entanto, era como efetuar a troca
completa do sistema legado, sem perda de produção.
A execução de toda a substituição do sistema
está sendo feita durante paradas programadas das plantas, sendo
que a primeira etapa já foi concluída e será
relatada a seguir:
A FASE I do projeto de migração compreendeu as seguintes
unidades:
Digestor B
Depuração Linhas 3 e 4
Deslignificação Linhas 3 e 4
Branqueamentos Linhas 3 e 4
QCS Secagem Linhas 1 e 2
QCS Secagem Linhas 3 e 4
Abaixo segue desenho simplificado da Arquitetura do Sistema I/A relativo
a primeira fase de substituição do sistema Fisher-Provox:
O grande desafio era o de aproveitar uma parada programada de 7
dias da planta (102 horas disponíveis para a manutenção),
parte dos quais poderiam ser usados para desligar o sistema legado,
instalar, comissionar e partir o novo sistema, sem impacto em perda
de produção. A planta deveria partir à plena
carga após os 7 dias, sem qualquer tempo perdido em aprendizagem,
como ocorreria normalmente em qualquer projeto de porte similar.
O número total de pontos destas áreas citadas, foi
de cerca de 6.000 de um total de mais de 18.000 do Fisher-Provox
legado. Esses pontos de entradas e saídas, analógicas
(4-20 mA) e digitais estavam distribuídos por 34 armários
de conexão ao campo, cujas estruturas metálicas se
decidiu manter, por estarem em bom estado de conservação,
e também por falta de espaço físico que possibilitasse
sua troca no curto intervalo de tempo disponível. Nas outras
Fases, ora em andamento serão trocados os mais de 12.000
pontos remanescentes. Isso será efetuado até o final
de 2007, sempre de acordo com paradas programadas das diversas áreas,
a fim de causar impacto zero em perda de produção.
Além dos 34 armários dos módulos de entradas
e saídas foram também trocados os internos de 4 armários
onde foram instalados os módulos processadores de controle.
As premissas estabelecidas para a FASE I foram:
A troca deveria ser feita durante uma Parada Programada de
7 dias durante a qual 102 horas seriam disponibilizadas à
automação
A troca deveria ser feita sem impacto em perda de produção
A troca deveria ser feita sem curva de aprendizado na retomada
após a parada.
As estratégias estipuladas foram:
Antecipar ao máximo o inicio dos testes
Maximizar itens que incrementassem a segurança da
solução
As atividades previstas para a execução do trabalho
foram:
Estabelecer os Critérios de Projeto experiência
anterior na Linha C, Evaporação B e Veracel
Estabelecer um Cronograma para o Projeto
Preparação para a PG Parada Geral
Execução e controle do TAF Testes de
Aceitação de Fábrica
Efetuar o treinamento dos executantes
Estabelecer um cronograma detalhado de parada e testes
Listar todas as atividades durante a parada e determinar
seus tempos requeridos
Estabelecer o acompanhamento da Aracruz junto à contratada
Efetuar a Análise Crítica
Encerrar a FASE I e iniciar a programação para
a FASE II
É evidente que o planejamento desse trabalho ímpar
se iniciou vários meses antes da mencionada parada. A Figura
a seguir mostra o cronograma básico do empreendimento.
A partir do fechamento do contrato, até a data de entrada
em funcionamento do novo sistema, decorreram 4 meses e meio.
Primeiramente foi preciso levantar os desenhos as built
do sistema em operação, completando e corrigindo a
antiga documentação existente. Foi determinado que,
a partir do início deste trabalho ninguém mais teria
autorização para efetuar qualquer alteração
na funcionalidade do sistema. A partir de documentação
em papel foram verificados um a um todos os sinais provenientes
do campo, seu encaminhamento nas borneiras de entrada do sistema
legado, a funcionalidade dos sinais no sistema, de modo a se poder
gerar uma documentação que refletisse com absoluta
precisão a realidade existente.
Uma vez determinadas as quantidades exatas e tipos de sinais de
entradas e saídas Hart e discretas necessárias, foi
possível reconfirmar e ajustar as estimativas iniciais usadas
na proposta, e a partir daí listar os materiais exatos a
serem fabricados e/ou adquiridos. Desta forma, enquanto o hardware
era providenciado, foi terminado o levantamento descrito anteriormente
e fechada a documentação as built.
Enquanto se ultimava essa documentação, e concomitantemente
à produção do hardware se iniciou o trabalho
de configuração do novo sistema. Esse trabalho compreendia
diversas frentes de trabalho. Uma das tarefas consistiu em analisar
a redistribuição dos pontos de entradas e saídas
entre os dois sistemas, o velho e o novo. Para certos tipos de entradas
e saídas a modularidade dos cartões era exatamente
a mesma, por exemplo para os sinais de Entradas Analógicas,
propiciando uma troca simples de um por um. Nos demais tipos de
cartões a modularidade é distinta entre os dois sistemas.
Para as saída Analógica e para as Saídas Discretas
a relação era de dois módulos antigos trocados
por um novo, e para as Saídas Discretas, a relação
era de quatro por um. Nestes casos foram analisados ponto a ponto
os possíveis agrupamentos com o cuidado de manter a segregação
dos sinais por áreas. Esta é uma parte do escopo de
trabalho bastante simples porém de extrema relevância
pois é onde residirão os maiores desafios de trabalho
manual para a troca de fios e cabos, e seu posterior teste, considerando
o grande volume de trabalho manual envolvido, em curto período
de tempo.
A segunda parte do trabalho de configuração recaiu
sobre a arquitetura de sistema, praticamente confirmando os estudos
efetuados por ocasião da proposta, sendo feitos apenas pequenos
ajustes para compatibilizar com as contagens de entradas e saídas,
por tipo e por área de processo. A partir daí foram
determinados os controladores, estações de engenharia,
de operação, bases de montagem, fontes de alimentação,
switches e cabos de fibra óptica necessários, e iniciada
sua fabricação. Graças à maior modularidade
dos cartões de entradas e saídas do sistema novo,
foi possível aproveitar o bom estado dos armários
existentes, eliminando o sério problema de espaço
físico caso se optasse em instalar fisicamente um sistema
antes da retirada do sistema legado. As Figuras que seguem mostram
em detalhe as partes que compõem o total da arquitetura proposta
para a Linha de Fibras da Planta B, escopo da FASE I, e correspondente
a aproximadamente um terço do projeto.
A terceira parte do trabalho de configuração recaiu
sobre a elaboração das telas de processo. Foram refeitas
cerca de 160 telas, mantendo, tanto quanto possível, o layout
e a funcionalidade das telas do sistema legado, para que houvesse
mínimo impacto nos operadores habituados que estavam a uma
determinada forma de trabalho. De qualquer modo, as telas foram
analisadas uma a uma, e discutidas com os operadores referentemente
a possíveis melhorias que eles mesmos solicitavam.
A quarta parte do trabalho consistiu na elaboração
das estratégias de controle, usando blocos muito mais poderosos
que os do antigo sistema. Aí se manteve também, uma
funcionalidade similar à anterior, e compatível com
as pequenas alterações das telas de operação.
Ao término desse trabalho de engenharia, o material fabricado
já estava em vias de recebimento. A metodologia de montagem
concebida foi a de criar estruturas formadas por trilhos DIN onde
a bases de montagem e os módulo de Entrada/Saída pudessem
ser fixados e os trabalhos de montagem mecânica executados.
Quando a planta parasse, os cabos de campo, totalmente identificados
seriam desligados dos cartões legados, toda parte interna
dos armários retirada, e as montagens descritas acima instaladas
nos painéis existentes. Começaria aí o mais
crítico trabalho. Religar todos os cabos de campo aos novos
módulos, e testá-los uma a um, com margem de erro
zero. Os trabalhos de montagem foram contratados da empresa Estel,
que tem larga experiência nesta área, desde a migração
da planta A de pneumático para SDCD em 1997. Foram criadas
equipes de montagem, uma por armário, e que se revezavam
entre conectar e verificar as conexões, em trabalho direto
de 24 horas por dia. A quantidade de fios e cabos manuseadas por
armário era enorme, como pode ser visto nas fotos seguintes.
Cada eletricista foi treinado para o seu armário especifico,
tendo sido entregue desenhos detalhados de cada armário,
a cada um. Um kit de ferramentas e dos itens necessários
ao trabalho de cada equipe foi distribuído em avanço.
A sucata retirada era feita com critério adequado para não
atrapalhar a montagem, a passagem, e com o cuidado necessário
para não gerar problemas de contágio na produção.
Foi preciso estabelecer métodos para efetuar a conexão
de cabos de campo considerando que a modularidade dos cartões
de entrada e saída dos dois sistemas não era sempre
coincidente. Foi preciso estabelecer uma estratégia para
começar a montar o sistema novo concomitante com o velho
ainda em funcionamento, considerando o exíguo espaço
físico disponível. Foi preciso configurar telas, melhorando
quando possível, mas seguindo os modelos existentes para
mínimo impacto no conhecimento e experiência dos operadores.
Foi preciso configurar as estratégia de controle para operarem
exatamente com as mesmas características existentes, com
melhorias quando possível, para que não houvesse impactos
no momento da partida. Tudo ocorreu absolutamente conforme o planejado.
A seqüência de fotos que se segue mostra como era cada
painel antes da migração, o estado em que ficaram
durante a troca, e ao final do serviço de troca.
A Fase II e seguintes estão sendo preparadas para execução
com o mesmo formato e sempre com o preceito de troca sem impacto
na produção, aproveitando paradas programadas, de
modo a substituir os 18.000 pontos totais antes do término
de 2007.
Esse trabalho constitui um record de troca de sistemas legados desse
porte no Brasil, e provavelmente em todo o mundo. A Aracruz Celulose
ficou extremamente satisfeita com os resultados obtidos.
Os fatores críticos de sucesso deste trabalho foram:planejamento
e controle, disciplina e equipe
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