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Gestão de processos operacionais no setor de saneamento básico com auxílio de sistemas PIMS

Resumo

Recentemente, além das empresas de mineração, celulose e papel, químicas e petroquímicas, siderurgia e cimentos, um novo setor passou a experimentar os bene-fícios trazidos pelos sistemas PIMS: o setor de saneamento básico. Este trabalho apresenta uma aplicação de sucesso do sistema PIMS no setor de saneamento básico, mostran-do exemplos práticos e dando destaque à forma como este sistema responde às necessidades de tal processo elimi-nando as ilhas de informação, democratizando e dinami-zando o acesso às informações, e otimizando as tarefas de manutenção e análise do processo.

1 Introdução

Toda empresa de produção se resume a um processo principal que se divide em um conjunto de subprocessos, não só de manufatura como também de serviços. Este conceito de divisibilidade permite monitorar sistematica-mente cada um dos subprocessos separadamente, o que conduz a um controle mais eficaz sobre o processo como um todo.

Aqui, o termo monitorar implica em realizar uma aná-lise de processo e tomar decisões baseadas nesta análise. Normalmente, quando ocorre um problema procura-se qual foi a causa que provocou o resultado indesejável. Concluída a análise de processo e localizada a causa fun-damental determina-se as ações necessárias para correção do problema.

Portanto, manter sob controle é saber localizar o pro-blema, analisar o processo e agir de tal forma que o pro-blema não volte a ocorrer.

Cada processo pode ter um ou mais resultados (efei-tos, fins). Para que se possa gerenciar de fato cada processo é necessário medir os seus efeitos. Se você não mede o processo sobre o qual você tem autoridade está à deriva.

Para que se possa medir, avaliar um processo é ne-cessário que se tenha dados confiáveis disponíveis. Desta maneira, serão geradas informações úteis e consistentes. Isto tudo só é possível se a base de dados for confiável, de fácil acesso, de manipulação amigável e com garantia de resposta em tempo de tomada de decisão.

A tecnologia que será apresentada neste trabalho tem tudo a ver com os conceitos supracitados, pois trata-se de uma ferramenta com grande capacidade para armazena-mento de dados, com possibilidades reais de democrati-zar informações e dar respostas em tempo de tomada de decisão podendo apoiar os vários níveis hierárquicos da

Carlos Alberto M. da Silva, João Luis Bertagna, Breno B. F. do Amaral Gurgel

Sabesp

organização na gestão de processos e neste caso especifi-camente, processos operacionais.

2 Objetivos

O objetivo desse trabalho é apresentar e conceitu-ar a ferramenta PIMS (Plant Information Management Systems) como integradora de dados e informações dos processos operacionais, assim como, destacar os usos e benefícios da aplicação destes sistemas no setor de sane-amento básico. O trabalho utilizará como base a implan-tação do Projeto Sapucaia na Unidade de Negócio do Vale do Paraíba da Sabesp mostrando que, com a con-centração dos dados de processo operacionais oriundos das ilhas de automação existentes hoje na cia. em um banco de dados temporal, é possível democratizar e fa-cilitar o acesso aos mesmos, facilitando tarefas de manu-tenção, análise e otimização dos processos.

3 Histórico do Projeto

Na década de 90 a Sabesp investiu fortemente no Pla-no de Direcionamento Estratégico de Informação - PDEI que tinha como objetivo principal especificar e implan-tar um sistema de gestão corporativa (ERP) de maneira a uniformizar procedimentos, integrar os vários sistemas cor-porativos existentes, consolidar relatórios de gestão, entre outros.

A integração entre o futuro sistema a ser implantado e os sistemas de supervisão e controle espalhados pelas Uni-dades de Negócios da empresa, tanto na capital quanto no interior do estado e no litoral, não era objeto de estudo deste plano e portanto não foi realizado.

Por outro lado, a partir de 1995 a Sabesp direcionou um volume cada vez maior de recursos para automação de seus processos operacionais, através da adequação, substi-tuição ou instalação de instrumentação de processo. Tam-bém foram re-introduzidos os controladores programáveis (CLP) em substituição aos painéis eletromecânicos para automação e controle de processos.

Estes investimentos possibilitaram à Cia. ganhos extra-ordinários, alterando a maneira como as instalações eram operadas e mantidas, melhorando a imagem da empresa devido à antecipação ou solução de problemas sem que o cliente viesse a sentí-lo ou percebê-lo e permitindo a rea-locação da mão de obra disponibilizada pela automação dos processos operacionais em tarefas mais nobres.

Porém, algumas dificuldades que já haviam sido iden-tificadas pela antiga Superintendência de Tecnologia da

Fábio Barros de CarvalhoATAN Ciência da Informação

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Informação, nos idos de 1998, tornaram-se mais evidentes e alguma solução deveria ser encaminhada.

Um dos problemas era a não integração entre o futuro ERP, nível 4 da Figura 1, e os sistemas de chão-de-fábrica, níveis 0, 1 e 2.

Figura 1 – Pirâmide da automação

Um segundo problema é o fato de não haver ferra-mentas adequadas na Cia. para tratamento da grande mas-sa de dados que são enviados a cada minuto aos CCOs.

Conhecendo estas dificuldades, realizou-se uma pros-pecção a fim de identificar as possíveis soluções disponí-veis no mercado que pudessem preencher esta “lacuna sistêmica”. O resultado dessa pesquisa revelou a existência de ferramentas que atuam claramente entre os sistemas de supervisão e controle e o ERP, no nível 3 (Figura 1). Estes são os sistemas MES/PIMS .

Assim, no segundo semestre de 2004 iniciou-se a im-plantação de um projeto piloto de PIMS na Sabesp. Este projeto posteriormente recebeu o codinome de Projeto Sapucaia1 e os principais detalhes de sua implementação serão mostrados no item 5.

4 O Conceito de PIMS

PIMS (Plant Information Management Systems) são sistemas de aquisição de dados capazes de visualizar tan-

1 A Sapucaia é uma árvore frondosa, exótica e ornamental de até 30 metros de altura e tronco que pode atingir 1 metro de diâmetro. Ela propaga-se por sementes. Em sua maioria, as sapucaias caracterizam-se pela peculiaridade de seus frutos. Na forma de urnas, de casca dura e de aparência lenhosa, estes encerram uma boa quantidade de amêndoas comestíveis e muito apreciadas, que se espa-lham pelo mato quando, um a um, os frutos amadurecem e, espontaneamente, seus opérculos se desprendem. Também, são levados por animais como os morcegos e macacos que muito apreciam sua polpa macia. Porém, nem todos os frutos colhidos são por eles consumidos, deixando escapar um ou outro de vez em quando. Desta maneira, a semente acaba se reproduzindo em locais muito distantes de seu local de sua origem.

Estas características inspiraram os envolvidos no projeto a adotar Sapucaia como seu codinome, pois sendo este um projeto piloto, é desejável que se multiplique e não somente em São José dos Campos, mas também pelas outras Unidades de Negócio da Cia. Assim como, possa existir futuramente um sistema corporativo capaz de “sustentar” todos os outros sistemas já implantados, como se fosse uma grande árvore da informação e do conhecimento.

to os dados de tempo real como históricos do processo, eliminando as ilhas de informação e concentrando em uma única base de dados informação sobre todas as áreas de uma planta. Tal base de dados tem características que não são encontradas nos bancos de dados convencionais, como uma grande capacidade de compactação dos dados e alta velocidade de resposta à consulta em sua base histó-rica. Devido a isto é possível armazenar um grande volume de informação com recursos mínimos se comparado às so-luções convencionais.

Através do PIMS pode-se montar tabelas, gráficos de tendência, telas sinópticas e relatórios dinâmicos, concen-trando a informação e possibilitando uma visão unificada de todo o processo produtivo.

A implantação de um sistema PIMS serve ainda como base à implantação de outros módulos como reconcilia-dor de dados, sistemas especialistas, MES e Supply Chain Management e facilita a integração de sistemas ERP com o chão de fábrica.

Sua capacidade de gerar outros dados através de cál-culos e de armazená-los por longo período de tempo sem ter que enviá-los a um mainframe constitui um grande ga-nho para a análise do processo à medida que não existe mais a preocupação quanto à origem dos dados, seja ela um CLP, um sistema SCADA ou SDCD.

A Figura 2 mostra um exemplo de arquitetura para o sistema PIMS onde podem ser destacados o servidor prin-cipal e as diversas fontes de dados com as quais ele se comunica.

Figura 2 – Exemplo de Arquitetura dos Sistemas PIMS

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6 O PIMS no saneamento básico

Nos próximos itens serão discutidas as particularidades do Projeto Sapucaia, ou seja, como o Sistema PIMS, com todas as características apresentadas anteriormente, aten-deu às necessidades da empresa e como ele pode contribuir para uma melhor gestão do processo de saneamento bási-co em geral. Tudo isso será mostrado através de exemplos práticos utilizando alguns dos desenvolvimentos realizados durante o projeto.

7.1 Foco de utilização do sistema

Em termos gerais, os principais focos de utilização do PIMS no saneamento básico se confundem com os de ou-tros setores. São eles:• realizar o acompanhamento contínuo do processo como

um todo• promover uma visão integrada das informações das diver-

sas áreas do processo (captação, tratamento, reservação, distribuição e manutenção)

• responder de forma simples, questões que antes depen-diam de muito esforço para serem respondidas.

Entretanto, em maiores detalhes, um termo que ga-nhou força no projeto desde a chegada do PIMS é o ter-mo "Engenharia de Operação". Engenharia de Operação nada mais é do que o ato de planejar ações e procedi-mentos que, se entendidos e seguidos à risca, garantem a excelência operacional, que no caso do saneamen-to básico significa distribuição contínua de água com o mínimo consumo energético e de produtos químicos, e com qualidade aprovada.

Por exemplo, grande parte dos operadores de Cen-tro de Controle (controla a reservação e a distribuição de água para os subsistemas e bairros) age por instinto, ou seja, abre/fecha válvulas, liga/desliga motores de acordo com a demanda naquele determinado instante. É sabido que o perfil de consumo de água durante o dia tem pa-drão definido, ou seja, dependendo das características sazonais e etc, o perfil será o mesmo em dias equivalen-tes. Essa homogeneidade permite que se faça um pla-nejamento operacional de forma a orientar o operador de CCO a realizar ações que, por exemplo, ao mesmo tempo que garantam distribuição contínua, garantam também menor tempo de equipamentos ligados e por conseqüência, menor consumo energético e menor gas-to. Neste caso, o PIMS entraria como a ferramenta capaz de fornecer os perfis de consumo para que o Engenheiro de Operação os transforme em receitas para as ações do operador do CCO.

7.1 Arquitetura do sistema

A Figura 3 ilustra a arquitetura do sistema PIMS im-plantado no Projeto Sapucaia. Como pode ser visto, tal arquitetura segue o padrão do exemplo mostrado na Fi-gura 2.

Além disso, a divisão da figura em “antes” e “depois” permite verificar a eliminação da ilha de informação exis-tente no processo, uma vez que, se antes as informações só alcançavam a estação de supervisão, agora, com a presença do PIMS, as informações passaram a trafegar livremente na rede corporativa podendo ser acessadas facilmente pelos usuários do sistema.

Figura 3 – Arquitetura do Sistema PIMS no Projeto Sapucaia

7.2 Desenvolvimentos realizados

Neste item são apresentados exemplos reais de desen-volvimentos extraídos do Projeto Sapucaia. Tais desenvol-vimentos foram separados por área de atuação de forma a enfatizar a diversidade de possibilidades trazidas pelo PIMS no que diz respeito à análise do processo e à gestão das suas informações.

Todos os relatórios e telas são automáticos sendo que, na maioria das vezes, cabe ao usuário apenas selecionar o período de consulta dos dados.

7.2.1 Auxiliando a manutenção e o dimensionamento de ativos

A Figura 4 mostra um relatório feito no PIMS que possibilita que sejam levantadas as horas trabalhadas de um equipamento dentro de um período específico que pode ser definido pelo usuário. O funcionamento do relatório é simples: uma vez escolhido o sistema e uma vez definido o período, um mecanismo checa o status de todos os equipamentos daquele sistema dentro daquele período e calcula por quantas horas o equipamento ficou funcionando.

O relatório permite que a consulta de horas trabalha-das de equipamentos seja feita sob demanda, sem que o usuário tenha que aguardar o fechamento do mês ou de ou-tro período para ter acesso a essas informações. Além disso, os dados deste relatório podem ser utilizados em conjunto com outros dados para gerar informações de consumo ener-gético e de produção de água.

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Figura 4 – Relatório de horas trabalhadas de equipamentos

A Figura 5 mostra uma tela de consumo energético que permite acompanhar em tempo real através da WEB como estão se comportando alguns equipamentos do siste-ma. Ela provê informações como potência despendida pelo equipamento, consumo energético em kwh/m3 e gastos em R$/m3. Além disso, através desta tela pode-se avaliar a tendência de tais variáveis.

A tela permite identificar de forma direta se o equi-pamento está operando super ou subdimensionado, per-mite comparar a eficiência energética de equipamentos semelhantes e, finalmente, permite avaliar o desempenho do equipamento ao longo do tempo tirando conclusões sobre a sua vida útil.

Figura 5 – Tela de consumo energético de equipamentos

7.2.2 Identificando e reduzindo as perdas

O relatório mostrado na Figura 6 apresenta a arqui-tetura de um determinado sistema (vazões de entrada, re-servatórios e vazões de saída) e realiza o balanço de água deste sistema. O balanço consiste na soma das entradas menos a soma das saídas menos o que ficou acumulado nos reservatórios. O ideal é que o resultado do balanço seja 0. Qualquer valor diferente de zero implica em perdas no sistema ou em mau funcionamento da instrumentação.

Sendo assim o relatório pode conduzir a uma busca e eliminação de vazamentos ou perdas, ou a uma política de manutenção e calibração contínua de instrumentos.

Figura 6 – Relatório de balanço de água

O Fator de Pesquisa é um indicador chave do sane-amento básico. Ele mede o teor de perdas (vazamentos, folgas, etc.) de um determinado sistema. Este índice é cal-culado a partir da vazão média diária e da vazão mínima noturna. Para um sistema ser considerado imune às perdas, ele deve apresentar um fator de pesquisa menor do que 30%, um valor muito difícil de ser alcançado.

O relatório de fator de pesquisa, mostrado na Figura 7 é um relatório mensal que calcula automaticamente o fator de pesquisa diário de alguns sistemas da Sabesp de São José dos Campos. Além do valor algébrico, o relatório oferece também uma tendência do fator de pesquisa ao longo do mês, compa-rando com os dados do mesmo período no ano anterior.

O relatório representa uma alternativa de se acompa-nhar diariamente o Fator de Pesquisa com um mínimo de esforço por parte do usuário, uma vez que o relatório é todo automático. Além disso, a comparação com dados do ano anterior permite avaliar a evolução do sistema no que diz respeito à redução de perdas.

Figura 7 – Relatório de Fator de Pesquisa

7.2.3 Integrando Dados de Laboratório

As análises laboratoriais que geram parâmetros de qua-lidade também podem ser historiadas pelo sistema PIMS para poderem ser estudadas posteriormente.

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A Figura 8 mostra um boletim de controle utilizado para registrar de hora em hora o resultado das amostras realizadas pelo laboratório da ETA. Antes da implantação do PIMS era gerado um boletim por mês e, ao final de cada mês, este bo-letim era gravado em um disco removível para backup. Com o PIMS optou-se por desenvolver um mecanismo de importa-ção dos dados, eliminando a necessidade de armazenamento de boletins anteriores. Resultado: a estrutura do boletim foi mantida porém, agora existe um botão que deve ser acionado pelo analista de laboratório em todo final de dia para que os dados daquele dia sejam importados para o PIMS.

Figura 8 – Relatório de análises laboratoriaisO boletim contém dados de vazão de água, consumo

de produtos químicos, parâmetros de qualidade da água bruta e parâmetros de qualidade da água tratada.

Já o relatório da Figura 9 é uma espécie de resumo mensal das informações registradas no boletim de controle apresentado na figura anterior. Enquanto o boletim apresenta informações tomadas de hora em hora, este relatório agrega tais informações em dias, fornecendo uma visão mais geral da operação da ETA. Ao final do mês o relatório está preen-chido e totalizações e médias mensais são apresentadas.

O relatório é todo automático, bastando que o usuário selecione o mês que deseja consultar.

Além dos dados, o relatório disponibiliza também grá-ficos de tendência que permitem acompanhar a evolução das características ao longo do mês.

Figura 9 – Relatório de consolidação mensal das análises laboratoriais

7.2.4 Acompanhando a produção

O relatório mostrado na Figura 10 permite correlacionar, no mês definido pelo usuário, a produção de água de cada sistema com o seu respectivo consumo de produtos químicos. Além dos valores brutos de consumo de cloro, consumo de flúor e produção de água, o relatório apresenta ainda uma coluna contendo o fator consumo/produção e ainda uma co-luna contendo o montante gasto com os insumos (não leva em consideração o consumo energético). Para que o relatório esteja sempre atualizado em relação aos preços praticados, fo-ram disponibilizadas células de entrada onde o usuário pode inserir os valores mais recentes de cada produto.

Atenção especial foi dada à ETA uma vez que esta con-some uma variedade maior de produtos químicos. Dessa forma existe uma região do relatório exclusiva para os da-dos de consumo da ETA.

Figura 10 – Relatório de Controle de Produtos Químicos vs. Produção de Água

7.2.5 Buscando a excelência operacional

Uma das formas de se buscar a excelência operacional utilizando o PIMS é através de telas de acompanhamento operacional. Estas são telas disponibilizadas via WEB con-tendo dois ou mais gráficos de tendência (Figura 11). Cada gráfico contém duas curvas, uma em vermelho e outra em azul. A curva em vermelho, construída pelo Eng. de Ope-ração depois de um estudo detalhado do comportamento do sistema, é a curva de referência da variável que está sendo operada. E a curva em azul é o valor real, ou seja, o resultado imediato das ações do operador.

Figura 11 – Tela de acompanhamento operacional

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A comparação entre as curvas permite orientar o ope-rador de como ele deve atuar nas variáveis do processo de forma a atingir o comportamento ideal do sistema, ou verificar a discrepância entre a atuação do operador e uma atuação dita ideal.

Como cada dia da semana, dependendo do clima, possui um perfil diferente, a tela possui mecanismos que ajustam as curvas de acordo com o dia atual.

Além das telas de acompanhamento operacional, uma forma eficiente de se analisar a operação do processo é através das telas de processo (Figura 12) e das telas de ope-ração (Figura 13) que podem ser visualizadas em tempo real ou histórico, via WEB.

Figura 12 – Tela de processo

Figura 13 – Tela de operação

As telas de processo são telas sinóticas com recursos sofisticados que permitem a visualização dos dados de pro-cesso sobre um ponto de vista mais analítico. Nestas telas estão presentes, além dos gráficos de tendência das variá-veis de um determinado sistema, histogramas que ilustram a variabilidade do sistema, gráficos de pizza que apontam qual bairro está demandando mais água em um determina-do instante, gráficos de correlação que permitem estabe-lecer modelos entre variáveis (p/ ex. vazão em função da

abertura de uma válvula), além dos valores médio, máximo ou mínimo de uma variável dentro de um determinado pe-ríodo.

Já as telas de operação são telas sinóticas em sua con-cepção. Ou seja, representam fielmente a arquitetura do sistema e mostram os seus dados em tempo real. Através dessas telas é possível saber exatamente como está o siste-ma no instante atual ou como estava o sistema em instantes anteriores.

8 Conclusão

Os resultados obtidos com a implantação do PIMS na unidade da Sabesp de São José dos Campos permitem afirmar que o sistema não só correspondeu às expectativa citadas no item 5.1 como mostrou-se um grande aliado no apontamento de fraquezas e necessidades da empresa. Isto porque, como já tem acontecido, os gráficos e relatórios do PIMS podem mostrar informações que antes estavam mascaradas ou eram negligenciadas pelos seus responsá-veis (ex: Equipamentos super ou subdimensionados, ins-trumentação deficiente ou insuficiente, balanços de massa que não fecham, alocação inadequada de inversores de freqüência, etc...)

Com a chegada do PIMS, os profissionais da Sabesp passaram a monitorar mais de perto todas as variáveis de processo (níveis, vazões, pressões, dosagens de pq, status de equipamentos, etc...) porém, ao invés do foco de tempo real, garantido pelo supervisório, o foco agora é na tendên-cia destas variáveis e no seu comportamento durante o dia, mês, ou ano.

Além disso, não se faz mais uma análise da variável isolada, a análise agora é feita com recursos mais sofistica-dos que permitem correlacionar diversas variáveis de siste-mas diferentes promovendo uma visão comparativa dentro do processo.

Finalmente, como existe uma equivalência muito grande entre os processos de tratamento de água, pode-se afirmar com segurança que todos os resultados obtidos e apresentados neste trabalho se aplicariam com sucesso às demais empresas do mesmo setor.

Referências Bibliográficas

CARVALHO, F. B. et. al. (2003). Sistemas PIMS – Concei-tuação, Usos e Benefícios, VII Seminário de Automação de Processos da Associação Brasileira de Metalurgia e Materiais – ABM, Santos/SP, Outubro.

CORRÊA, E. J. M. et. al., (2003). Utilização de sistema PIMS para apoio às atividades da Manutenção e Meta-lurgia na CST, VII Seminário de Automação de Proces-sos da Associação Brasileira de Metalurgia e Materiais – ABM, Santos/SP, Outubro.

CAMPOS, V. F., 1940 – TQC – Controle da Qualidade To-tal (no estilo japonês), MG: Editora de Desenvolvimento Gerencial, 1999.

www.pims.com.br