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SIMULADOR DE OPERAÇÃO DE EQUIPAMENTOS
DESENVOLVIDO EM EXCEL
Gilson Vaz de Oliveira Gerente de Engenharia da EPC Automação Ltda.
simulação de situações
reais evoluiu muito desde as
primeiras aplicações, mas
teve grande utilização na Segunda
Guerra Mundial.
A principal característica da si-
mulação é possibilitar a interativi-
dade com o programa, que por sua
vez deve representar o máximo de
fidelidade com a situação real, sem
se importar com o que não é neces-
sário, evitando que um simulador se
torne muito caro, complexo e não
amigável ao usuário final.
A simulação tem sua maior apli-
cação na área militar com investi-
mentos muito superiores aos de-
mais segmentos: “O Orçamento de
2003 para a Seção de Defesa Nacio-
nal dos Estados Unidos especificou
uma verba de US$ 10 bilhões para
treinamento. Para o Pentágono, são
destinados anualmente US$ 4 bi-
lhões para equipamentos de simu-
lação e jogos de guerra.”
(Schitcoski, pág. 20).
A utilização de simuladores de
processo industrial tem se desen-
volvido de maneira acentuada nos
últimos 10 (dez) anos para atender
as necessidades atuais do mercado.
Apesar deste crescimento signi-
ficativo, os usuários destes sistemas
ainda não estão totalmente satisfei-
tos com os produtos entregues pe-
los desenvolvedores de simulador
de processo industrial.
Simulador de processo industrial
é uma ferramenta importante que
possibilita o treinamento de técni-
cos e operadores, validação de es-
tratégias de controle e segurança,
além de contribuir para o aumento
de produção, aumento de disponibi-
lidade operacional e redução de
custos.
Apesar deste crescimento signi-
ficativo, os usuários destes sistemas
ainda não estão totalmente satisfei-
tos com os produtos entregues pe-
los desenvolvedores de simulador
de processo industrial.
A necessidade de utilização de
simuladores de processo industrial
aumenta proporcionalmente com a
complexidade das malhas de con-
trole e segurança implementadas.
Em função da necessidade de au-
mento de produtividade, segurança
e qualidade dos produtos finais, os
engenheiros de processo e automa-
ção têm utilizado sistemas de con-
trole e segurança cada vez mais
sofisticados que necessitam de
maior conhecimento dos operado-
res destas plantas.
As empresas especializadas no
desenvolvimento de simuladores
dão ênfase às propriedades quími-
cas e físicas do processo industrial e
necessitam de modelos complexos
para representar com fidelidade
estas características.
Existem vários simuladores com-
prados que se tornaram obsoletos
porque deixaram de refletir a reali-
dade do processo em função de
pequenas alterações efetuadas na
planta, após o desenvolvimento
inicial destes modelos.
Em busca de modelos que refli-
tam a realidade do processo, os
sistemas ofertados atualmente pre-
cisam de um desempenho elevado
do hardware e software, aumen-
tando consideravelmente a comple-
xidade das plataformas necessárias
e consequentemente aumentando
muito o custo do produto.
Além disso, o programa desen-
volvido pelos especialistas destas
empresas, de um modo geral, im-
possibilita a alteração do modelo
A
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implementado em função da utiliza-
ção de software desconhecido pela
grande maioria dos engenheiros e
técnicos mantenedores destes sis-
temas nas indústrias. Existem vários
simuladores comprados que se tor-
naram obsoletos porque deixaram
de refletir a realidade do processo
em função de pequenas alterações
efetuadas na planta, após o desen-
volvimento inicial destes modelos.
Atualmente, os fabricantes de
equipamentos, tais como: bombas,
caldeiras, compressores, fornos, e
reatores desenvolvem e fornecem
sistemas específicos de hardware e
software para operação dos seus
equipamentos. As lógicas de contro-
le e segurança estão cada vez mais
complexas, acrescentando um grau
elevado de dificuldade na partida,
operação e parada destes sistemas.
Em função desta necessidade e
pensando também na redução de
custos é aconselhável nestes casos,
utilizar simuladores de operação de
equipamentos desenvolvidos em
Excel.
Como os simuladores de proces-
so ofertados não possuem o deta-
lhamento necessário das lógicas e
telas gráficas desenvolvidas pelos
fabricantes de equipamentos, as
indústrias não conseguem capacitar
seus técnicos na manutenção e
operação correta destes sistemas.
Como consequência, existe uma
grande necessidade da indústria em
treinar seus técnicos e operadores
nestes equipamentos, mesmo após
a aquisição de um simulador de
processo.
Em função desta necessidade e
pensando também na redução de
custos é aconselhável nestes casos,
utilizar simuladores de operação de
equipamentos desenvolvidos em
Excel.
POR QUE UTILIZAR O EXCEL?
O Excel é um programa do paco-
te Office da Microsoft que existe em
quase toda a totalidade dos compu-
tadores utilizados na indústria.
Além disso, o Excel é um pro-
grama altamente utilizado e conhe-
cido pela grande maioria dos usuá-
rios de informática.
Em função destas características,
torna-se possível instalar o simula-
dor em qualquer computador da
planta, inclusive nas máquinas da
Sala de Controle para orientar os
operadores em uma necessidade
imediata.
COMO É O DESENVOLVIMEN-
TO DO SIMULADOR?
Inicialmente copiam-se as telas
gráficas estáticas do SDCD, supervi-
sório ou IHM local, utilizadas para a
operação do equipamento.
Em seguida, programam-se as
lógicas de controle e segurança no
VBA do Excel, considerando-se to-
dos os detalhes relevantes configu-
rados no programa aplicativo do
CLP ou SIS.
Finalmente, animam-se todos os
campos dinâmicos das telas gráfi-
cas, incluindo-se avisos, mensagens,
alarmes, botões de comando, ne-
cessários à operação completa do
equipamento.
Desta maneira, toda a lógica e
animação das telas gráficas residi-
rão no Excel, isto é, não será neces-
sária a utilização de nenhum outro
software para simular a operação
completa do equipamento.
Outra opção de desenvolvimen-
to do simulador é utilizar a caracte-
rística de alguns sistemas que per-
mitem a comunicação do software
da estação de engenharia com pla-
nilha Excel. Neste caso, deve-se
utilizar o programa aplicativo do
CLP ou SIS e criar somente as ani-
mações das telas gráficas no Excel.
Esta técnica necessita que o pro-
grama aplicativo do fornecedor
esteja rodando junto com a planilha
Excel para a simulação da operação
do equipamento.
O QUE PODE SER CRIADO NO
EXCEL?
A versatilidade e o potencial do
VBA incorporado no Excel permitem
a criação de todas as necessidades
para a implementação das lógicas
de controle e segurança, tais como:
• Controle PID;
• Controle cascata;
• Temporizados;
• Blocos lógicos: AND, OR, NOT,
entre outros;
• Flip Flop;
• Contadores;
• Seletores de sinal;
• Blocos analógicos: somado-
res, subtratores, multiplica-
dores, divisores, entre outros;
• Sequenciadores.
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Além da utilização do VBA, o
Excel permite uma extraordinária
possibilidade de criação de anima-
ções gráficas, entre elas:
• Bar graph;
• Animações coloridas;
• Indicações analógicas e digi-
tais;
• Botões de comando;
• Biblioteca de desenhos cus-
tomizados de equipamentos:
bombas, compressores, for-
nos, tanques, vasos, entre ou-
tros;
• Registros históricos;
• Avisos, mensagens e alarmes.
Não necessita de servidores e
redes de comunicação.
ALGUMAS APLICAÇÕES PARA
ESTE TIPO DE SIMULADOR
O simulador pode ser utilizado
em qualquer equipamento para
atender as atividades descritas
abaixo:
• Treinamento de operadores;
• Treinamento de engenheiros
e técnicos de automação e
instrumentação;
Não requer nenhuma sala de trei-
namento específica para instalar os
equipamentos.
• Validação de malhas de con-
trole e segurança novas e
existentes;
• Solução de problemas em
malhas de controle e segu-
rança existentes.
QUAIS AS VANTAGENS DESTE
TIPO DE SIMULADOR?
As vantagens do simulador de
operação de equipamentos desen-
volvido em Excel são:
• Baixo custo;
• Facilidade para programar al-
terações após o desenvolvi-
mento inicial do simulador;
• Utilização em qualquer com-
putador disponível;
• Utilização de programa co-
nhecido pelos usuários;
• Não necessita de servidores e
redes de comunicação;
Padronizar e uniformizar os
procedimentos operacionais
dos equipamentos.
• Não requer nenhuma sala de
treinamento específica para
instalar os equipamentos;
• Todos os detalhes da opera-
ção do equipamento estarão
disponíveis no simulador;
Desenvolver habilidades para
tomada de decisões.
• Implantação gradual dos si-
muladores, proporcionando
um investimento mais ade-
quado à disponibilidade de
verba dos respectivos setores
da planta.
QUAIS OS GANHOS COM A
UTILIZAÇÃO DESTE SIMULA-
DOR?
A utilização de simuladores de-
senvolvidos em Excel permite asse-
gurar vários ganhos, conforme des-
critos abaixo:
• Padronizar e uniformizar os
procedimentos operacionais
dos equipamentos;
• Desenvolver habilidades para
tomada de decisões;
• Agir com maior rapidez dian-
te de certas situações;
• Repetir as ações tantas vezes
quantas forem necessárias
sem correr nenhum risco;
• Reduzir o tempo de comissi-
onamento;
• Aumentar a confiabilidade da
operação e manutenção dos
equipamentos;
• Capacitar os engenheiros,
técnicos e operadores antes
do início da operação dos
equipamentos;
• Aumentar a disponibilidade
operacional;
• Reduzir o custo na implanta-
ção do simulador.
Repetir as ações tantas vezes
quantas forem necessárias sem
correr nenhum risco.
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Figura 1 - Tela de partida do compressor
EXEMPLOS DE SIMULADORES JÁ IMPLANTADOS
Existem vários simuladores na UNIB-3 da Braskem em Santo André que foram desenvolvidos em
Excel para diversas finalidades, contribuindo substancialmente no treinamento de operadores e desenvolvimento
de melhorias nos controles existentes. Seguem abaixo as descrições de alguns simuladores implantados nesta uni-
dade da Braskem:
• Antes da implementação das melhorias nas bombas de expedição de Etileno, o simulador desenvolvido com-
provou que o conteúdo do Memorial Descritivo de Intertravamento contemplava todas as necessidades ope-
racionais da planta. A interface criada no Excel facilitou a apresentação e possibilitou o entendimento da lógica
implantada para assegurar o perfeito funcionamento das respectivas bombas. Todas as funcionalidades, ani-
mações e telas de ajuda desenvolvidas no simulador foram configuradas nas telas gráficas do SDCD.
• A planta possui vários compressores centrífugos com alto grau de automação e consequentemente com uma
elevada necessidade de capacitação de técnicos e operadores. Foram desenvolvidos 2 (dois) simuladores em
Excel que refletem com fidelidade a operação destes equipamentos. As Figuras 1 e 2 mostram as telas gráficas
dos compressores que proporcionaram o treinamento de 80 (oitenta) pessoas de manutenção e operação.
Foram criadas várias situações que simulam defeitos e problemas no funcionamento do sistema para serem in-
terpretados pelos treinandos.
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• Foi desenvolvido um simulador para mostrar todos os detalhes de funcionamento de uma lógica complexa de
relés, possibilitando a realização de treinamento de engenheiros e técnicos de manutenção de automação e
instrumentação sem interferir na instalação existente que está em operação.
• Após a identificação de melhorias no controle antisurge dos compressores, foi desenvolvido um simulador
com a inclusão das alterações necessárias, possibilitando a comprovação do perfeito funcionamento da lógica
de controle proposta antes da sua implantação. Neste simulador, a tela gráfica do Excel comunica-se em tem-
po real com o programa aplicativo do Sistema Integrado de Segurança atualizando dinamicamente todos os
dados operacionais e gráfico de surge apresentados na Figura 3.
Figura 2 - Tela de operação dos compressores
Figura 3 - Tela do controle antisurge do compressor
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BAIXAR SIMULADORES PARA TESTE
Estão disponíveis no site da EPC Automação, www.epcautomacao.com.br/downloads/, vários arquivos que
podem ser baixados para testes e verificação da capacidade dos simuladores desenvolvidos no programa Excel.
Seguem abaixo a descrição de alguns simuladores disponíveis:
• Controle de elevador com 4 (quatro) pavimentos: este simulador possui todas as características e necessi-
dades de um sistema de controle de elevador utilizado em edifício residencial;
• Controle de processo: este simulador permite a interação em um processo com vários tipos de controle;
• Partida e intertravamento de bomba: este simulador mostra a lógica de relés utilizada na partida e intertra-
vamento de uma bomba de processo industrial;
• Funcionamento de relé de segurança: este simulador mostra o funcionamento de relé de segurança utiliza-
do em parada de emergência.
Obs.: Os simuladores foram desenvolvidos no programa Microsoft Office Excel 2010 e consequentemente deve-
rão ser testados utilizando-se esta versão do respectivo programa.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
� Desenvolvimento de um simulador genérico de processos dinâmicos - Rafael de Pelegrini Soares.
� O passado, o presente e o futuro dos simuladores - Fabio Baladez.
� Uma arquitetura modular para sistemas de treinamento militar em operações táticas - Robertson Schitcoski.