Automação

PRODUTOS / Instrumentação

27/12/2010 08:32:52

Sistemas Inteligentes, Redes Industriais, Conectividade e

resultados garantidos

A automação permite economias de energia, força de trabalho e matérias-primas, um melhor controlede qualidade do produto, maior utilização da planta, aumenta a produtividade e a segurançaoperacional.

Cesar Cassiolato

Em essência, a automação nas indústrias permite elevar os níveis de continuidade e de controle globaldo processo com maior eficiência, aproximar ao máximo a produção real à capacidade nominal daplanta, ao reduzir ao mínimo possível as horas paradas, de manutenção corretiva e a falta de matéria-prima.

Além disso, com o advento dos sistemas de automação baseados em redes de campo e tecnologiadigital, pode-se ter vários benefícios em termos de manutenção e aumentar a disponibilidade esegurança operacional. E ainda, a automação extrapola os limites de chão de fábrica, ela continuaapós o produto acabado, atingindo fronteiras mais abrangentes; a automação do negócio. Veja a figura1.

A solução completa deve prover uma metodologia de gestão da indústria de forma transparente egarantir que todos os esforços sejam direcionados para se atingir a meta estabelecida, facilitando atomada de decisão quando há mudanças relevantes no desempenho dos indicadores ou um desvio emrelação ao planejado.

Usuários e clientes então devem estar atentos na escolha e definição de um sistema de automação econtrole, onde esta definição deve levar em conta vários critérios e que possa estar em sincronismocom o avanço tecnológico.

Quanto mais informação, melhor uma planta pode ser operada e sendo assim, mais produtos podegerar e mais lucrativa pode ser. A informação digital e os sistemas verdadeiramente abertos permitemque se colete informações dos mais diversos tipos e finalidades de uma planta, de uma formainteroperável e como ninguém jamais imaginou e neste sentido, com a tecnologia Fieldbus (Foundationfieldbus, Profibus, HART, DeviceNet, Asi, etc) pode-se transformar preciosos bits e bytes em umrelacionamento lucrativoe obter também um ganho qualitativo do sistema como um todo. Não bastaapenas pensar em barramento de campo, deve-se estar atento aos benefícios gerais que um sistemade automação e controle possa proporcionar. Veremos neste artigo detalhes de um sistemaverdadeiramente aberto, o SYSTEM302-7, da Smar. Sistemas Verdadeiramente Abertos. Hoje muitosfornecedores de sistemas dizem que seus sistemas de controle são abertos, mas na prática isto nãoacontece. Estes sistemas utilizam apenas parte da tecnologia digital, sendo na verdade sistemasproprietários. Não se pode falar em sistemas abertos somente por utilizarem um barramento de campodigital. Em um verdadeiro sistema aberto seus horizontes são muito mais amplos. Possibilidade dediagnósticos, maior tolerância a falhas, blocos de funções instanciáveis, FFBs (Blocos Flexíveis),conectividade com a tecnologia Fieldbus, conectividade HSE (High Speed Ethernet), conectividadeOPC, e uma série de outras características que o torna um sistema de controle completo e não umsimples barramento de comunicação com integrações proprietárias. Ao se adquirir um sistema decontrole deve-se estar atento para que este além de todas as funções de controle de processo possaagregar informações que possam trazer benefícios nas tomadas de decisões, garantindo a excelênciaoperacional. Em um sistema verdadeiramente aberto, vários softwares utilizando tecnologias abertas se

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integram perfeitamente ao hardware, ao mesmo tempo em que dão liberdade para conectar-se comsoftware e hardware de outros fabricantes (lembre-se, desenvolvimento de drivers de comunicação e“arquivos dedicados” é tecnologia do passado). O Usuário deve ter a liberdade para escolher oscomponentes e até mesmo construir o seu próprio sistema. As antigas tecnologias proprietárias queainda existem, podem não estar disponíveis assim que sua empresa necessitar fazer uma expansão. Aflexibilidade e a capacidade de expansão da arquitetura de um sistema verdadeiramente abertopossibilitam reconfigurações e expansões para atender as novas condições de processo sem grandesreinvestimentos. Antes da decisão de qual tecnologia será utilizada em seus novos projetos,certifique-se que no futuro será possível fazer uma expansão ou mesmo uma modificação, sem queseja necessário investir mais do que o seu orçamento permita. Tecnologias modernas possibilitamrespostas rápidas às mudanças nas condições de mercado. Você pode ter necessidade de aumentar acapacidade, mudar para outro produto, ou se adaptar a algum outro tipo de exigência. Investir em umsistema verdadeiramente aberto é garantir a excelência operacional para os próximos 20 anos ou mais.Você pode ver mais detalhes de um sistema de controle aberto baseado em redes em:www.smar.com/PDFs/Catalogues/SYSTEM32CP.pdf. Figura 2.

Menor Custo Inicial

O SYSTEM302-7 dispensa a maior parte do hardware normalmente existente em sistemas tradicionais.Os controladores possuem funções múltiplas como Linking Device, Gateway Ethernet, Remota HSE deE/S além das funções tradicionais de intertravamento, evitando o uso de vários cartões dedicadoscomo ocorre nos sistemas tradicionais. Além disso, a distribuição do controle pode ser significativapermitindo que os instrumentos digitais fieldbus possam executar funções complexas e reduzindo aindamais a necessidade de controladores e cabos. Somando-se a isso, a redução em horas de engenharia,a economia com instalações de cabos, comissionamento, validação do projeto e partida, o custo totaldo projeto terá uma redução significativa. Acompanhe a figura 3.

A construção e a instalação são simplificadas porque vários dispositivos podem ser conectados a umúnico par de fios, reduzindo a quantidade de cabos, armários de rearranjo e bandejamento. Osrecursos de software de engenharia do SYSTEM302-7 permitem múltiplos usuários, reduzindo o tempode projeto, de alterações e ainda geram documentação de forma automática. Graças ao ambienteintegrado do SYSTEM302-7, um instrumento é configurado apenas uma vez e é reconhecido por todasas ferramentas do mesmo. A elaboração de um sistema é feita de forma fácil pela interconexão dosdispositivos das mais diversas redes fieldbus, construindo-se a estratégia de controle desejada e astelas gráficas em um ambiente totalmente integrado.

Flexibilidade


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As rápidas mudanças de demanda no mercado consumidor obrigam as indústrias a implantaremmodificações e expansões em prazos cada vez menores. O SYSTEM302-7 oferece capacidade deexpansão, flexibilidade e facilidade de configuração, para atender a tais necessidades. Figura 4.

Uma grande variedade de opções de interfaces e de tecnologias de redes dá flexibilidade a plantas detodos os tamanhos. O usuário pode tirar benefícios e vantagens dos mais diversos protocolos como oFoundation fieldbus, PROFIBUSDP, PROFIBUS-PA, HART, Modbus, DeviceNet e AS-i. Diferentementede outros fornecedores, não há perda de funcionalidade das ferramentas devido ao tamanho dosistema, essa é mais uma vantagem do SYSTEM302-7. Dessa flexibilidade resulta um sistema simples,fácil de ser configurado e adaptado a aceitar ampliações e modificações. Novas estratégias de controlepodem ser rapidamente desenvolvidas e testadas. Receitas, fórmulas e bateladas podem serselecionadas de forma rápida e instantânea, resultando em um melhor gerenciamento de recursoshumanos e de capital. A vantagem final é o aumento da produtividade e do lucro.

Interoperabilidade

Os tradicionais fabricantes de SDCD usavam muitas vezes a palavra “aberto”, mas a verdade é queera praticamente impossível a comunicação com equipamentos de outros fabricantes, ou então eraexigida a prestação de serviços de valores elevados por parte do fornecedor, com desenvolvimento dedrivers. A interoperabilidade proporcionada pelo SYSTEM302-7 utilizando protocolos e tecnologiasabertas oferece aos usuários a liberdade de escolher dispositivos fabricados por seus fornecedorespreferenciais. O SYSTEM302-7 implementa ainda, serviços de DeviceDescription (DD), GSD, EDDL eFDT/DTM assegurando a completa funcionalidade dos dispositivos acessados e criando uma únicaferramenta para configuração e parametrização. Figura 5.

A imensa variedade de equipamentosdisponíveis para toda e qualquer aplicação envolvendo medição econtrole resulta em um sistema fieldbus integrado, aberto e podendo ser configurado com facilidade,sem os “remendos” que os sistemas proprietários exigem. O fieldbus também assegura que ainstrumentação e o controle de unidades independentes tais como caldeiras, tratamento de água e deefluentes, produção de N2, geradores e compressores sejam integrados facilmente ao sistema decontrole principal, proporcionando grandes facilidades à engenharia, à manutenção e ao usuário final,bem como aos fabricantes OEMs.


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Maior disponibilidade e integridade das informações

O SYSTEM302-7 é o primeiro sistema a tirar pleno proveito das informações adicionais fornecidas portodos esses protocolos digitais. Além da conectividade com sinais convencionais de 4-20mA e discretoshá informação de status, diagnóstico, configuração, calibração e outras informações que não são paracontrole. Isto possibilita o uso de funções como o Gerenciamento dos Instrumentos, que reduzsignificativamente as variações de processo e os custos de manutenção. A transmissão dos sinaisdigitais é segura porque inclui procedimentos de validação dos dados. As redes digitais possuem umaexcelente imunidade a EMI/RFI, atendendo aos mais rigorosos padrões internacionais. As informaçõesde status relacionadas às medições e variáveis permitem que os operadores e os engenheiros tomemdecisões com mais segurança. A comunicação digital permite ainda o acesso a variáveis múltiplas.Cada estação de operação do SYSTEM302-7 tem condições de obter informações de qualquer um dosdispositivos, incluindo número de identificação (ID), tag, ajustes de faixa, materiais de construção,dados de calibração, entre outros, diretamente da base de dados única que faz parte da arquiteturabásica do sistema. A validação dos dados é parte integrante das normas definidas para cada umdesses protocolos digitais. Um sumário de status online dos parâmetros de processo é mostrado natela das estações de operação do SYSTEM302-7, incluindo informações sobre qualidade e limites.Assim que uma condição é identificada, é possível a realização de um diagnóstico detalhado usando asferramentas de engenharia. Isto pode ser usado para identificar, com precisão, problemas emdispositivos de campo, tais como: sensores, saídas ou falhas de hardware. Erros de configuração e decomunicação podem ser identificados, sendo possível realizar verificações rigorosas de desempenho.As informações detalhadas de status permitem entender melhor como o seu sistema de automaçãoestá reagindo.

Menor custo de manutenção

O autodiagnóstico, confiável e seguro, proporcionado pelos dispositivos da Smar, possibilita aintegração de programas de manutenção preditiva e proativa. Estatísticas operacionais, como odeslocamento acumulado da haste de uma válvula, proporcionam informações úteis para a previsão defalhas e uso da manutenção preditiva. Diagnósticos rápidos e estatísticas operacionais permitem aantecipação de falhas antes que elas possam causar danos. Mecanismos online de notificação defalhas informam imediatamente ao responsável se um determinado dispositivo poderá falhar. Istopermite a tomada de providências antes que a produção seja afetada, contribuindo para a diminuiçãodas paradas inesperadas e de situações de risco. Informações mais precisas, como por exemplo, qualdispositivo, que tipo de falha, entre outras, podem ajudar na escolha adequada de sobressalentes e deferramentas, antes do envio da equipe de manutenção ao campo. A utilização de programadoresportáteis pode ser eliminada. É possível acessar os dispositivos da rede via ferramentas poderosas emum microcomputador. O AssetView, ferramenta de gerenciamento de ativos e manutenção preditiva eproativa, parte integrante do SYSTEM302-7, contribui para uma grande diminuição dos custosoperacionais da planta. Figura 6. O SYSTEM302-7 é um sistema com um número menor decomponentes e consequentemente, possui uma maior confiabilidade. A tecnologia baseada em padrõesabertos prevê uma menor dependência dos caros contratos de manutenção. Uma grande parte doTotal Cost of Ownership (TCO - Custo Total de Propriedade) do sistema pode ser reduzida devido afacilidade da manutenção. A manutenção de registros exigida pela isso 14000 e ISO 9000 torna-semuito mais fácil, uma vez que os dados dos instrumentos estão disponíveis em qualquer estação detrabalho.

Menor custo de expansão e modificação

Toda infraestrutura de rede do SYSTEM302-7 é baseada no protocolo Foundation fieldbus, o HighSpeed Ethernet (HSE), que é normatizado pela Fieldbus Foundation. Esse protocolo permite a


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integração de diversos outros protocolos e alia a isso a capacidade de interconectividade entre várioscontroladores de maneira simples e robusta. Essa arquitetura versátil reduz a necessidade desubsistemas de E/S e torna o SYSTEM302-7 muito fácil de ser expandido. Um sistema de automaçãocom o SYSTEM302-7 pode ser de qualquer tamanho: com uma malha, com mil malhas ou ainda maior.Um equívoco comum é o de se acreditar que as tecnologias digitais são caras demais para pequenossistemas ou então, que não são adequadas para sistemas de grande porte. Com o SYSTEM302-7 épossível obter vantagens com sistemas de qualquer tamanho. O custo do sistema é plenamente viávelpara poucas malhas. Ele pode ser ampliado ou modificado, malha a malha, quando as necessidadesmudarem ou o orçamento permitir. Normalmente, isso poderá ser feito sem fiação ou interfacesadicionais, reduzindo os investimentos. Esta capacidade de expansão por meio da modularidadepermite o crescimento gradual do sistema. A compatibilidade futura é garantida pela estabilidade de umpadrão internacional. A esse argumento inclui-se também a possibilidade de ampliação de uma plantaque foi automatizada com uma tecnologia convencional e, posteriormente, decide-se incluir protocolosdigitais. Essa ação é executada de maneira simples com o SYSTEM302-7, bastando simplesmenteagregar novos controladores com interface remota HSE na rede de controle definida inicialmente. Vejaa figura 7.

O novo paradigma de gerenciamento e controle

• Flexibilidade para alterar as configurações atendendo às novas demandas;

• Distribuição de funções críticas, como o controle em campo;

• Maior número de informações, que não sejam de processo, para o gerenciamento da instrumentaçãoe do processo e ainda integração aos negócios;

• Arquitetura mais enxuta com custo menor;

• Interoperabilidade entre vários fabricantes aumentando as possibilidades de escolha e a redução decustos com sobressalentes;

• Totalmente digital e conectividade a múltiplos protocolos;

• Possibilidade de expansão a custo reduzido.

• Redundância nos mais diversos níveis

• Integração das funções de operação, manutenção e engenharia em todos os processos a partir daSala de Controle Central, baseada em protocolos padrões.

• Visão completa de todo o processo através de interfaces gráficas intuitivas.

Operação facilitada

Os padrões dos protocolos digitais suportados pelo SYSTEM302-7 garantem um aprendizado simplese amigável, com o tempo e custo de treinamento reduzidos. A consistência do SYSTEM302-7 vem dautilização das convenções familiares do ambiente Windows. O ambiente amigável das estações deoperação proporciona uma melhora da produtividade e capacidade operacional. As funções de ajuda egráficos de sinótico facilitam a visualização remota das condições de processo e tornam mais segura aatuação operacional baseada nessas informações. Observe a figura 8.

Engenharia simplificada

A capacidade de simulação incorporada nos equipamentos de campo permite testar com segurança ointertravamento e estratégias de controle, sem manipular o processo físico e sem conectar simuladoresexternos. A configuração é simplificada por ser baseada na hierarquia e na terminologia da norma ISAS88. Tudo tem por base tags de blocos funcionais e nomenclatura padronizada de parâmetros, em vez


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de endereços de dispositivos e de memória. Ao serem conectados, os dispositivos são detectadosautomaticamente (plug and play). Figura 9 .

O SYSTEM302-7 possui uma arquitetura enxuta, com menos fiação e menos hardware. As malhas, osesquemas de ligação e os desenhos de painel tornaram-se muito mais simples. O software temtemplates (modelos pré-definidos) reutilizáveis, incluindo uma biblioteca de estratégias de controle eobjetos gráficos pré-configurados. O usuário pode ainda incluir seus próprios templates de gráficos ede estratégias de controle. A configuração offline facilita o desenvolvimento e o teste de váriasestratégias, bem como a cópia de aplicações de uma unidade para outra. O SYSTEM302-7 utiliza asinformações contidas nos arquivos padronizados para cada protocolo como é o caso das DDs (DeviceDescription) para o protocolo Foundation fieldbus e também os arquivos GSDs para o protocoloPROFIBUS, além de outros para gerar e checar consistência da configuração offline. A monitoração eteste online das estratégias em execução permitem colocar o seu processo em perfeito funcionamentono menor tempo possível.

Maior facilidade e rapidez no aprendizado

O software de engenharia é uma interface de sistema universal e única para todos os protocolos, sinaise controladores, incluindo dispositivos de diversos fabricantes, permitindo a utilização das tecnologiasdigitais. O retorno do investimento é imediato, pois essas funções podem ser implementadas sem anecessidade de recorrer aos serviços caros de consultorias. A configuração das lógicas e/ouestratégias foi concebida com base nos blocos funcionais do Foundation fieldbus, garantindo ainteroperabilidade. Qualquer pessoa familiarizada com o uso desses blocos funcionais pode configuraro sistema sem qualquer dificuldade. Além disso, o sistema conta com ferramentas especializadas paraconfiguração de lógicas discretas utilizando-se de diagramas ladder.

Maior segurança

A detecção e identificação imediata de situações adversas aumentam o nível de segurança da planta.Os diagnósticos do fieldbus não são apenas comunicados aos operadores da planta, mas são tambémusados pelos próprios dispositivos, garantindo paradas em condições mais adequadas mediante asfalhas ou desvios de instrumentos, sem a necessidade de informação ou ação de controladores de altonível. O SYSTEM302-7 proporciona um nível de integridade jamais visto em sistemas de controletradicionais. Atente para a figura 10.


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Arquitetura Escalável

A escalabilidade do SYSTEM302-7 permite que nas arquiteturas de pequeno porte as estações detrabalho sejam multipropósito, ou seja, elas podem desempenhar funções combinadas de operação,engenharia, manutenção, servidores OPC e servidor de base de dados. Figura 11; Figura 12.

Para arquiteturas de médio porte, há a necessidade da inclusão de uma estação de banco de dados.Em arquiteturas de grande porte, servidores de comunicação isolam as redes de controle das redes desupervisão e permitem que inúmeras estações de trabalho sejam adicionadas ao sistema. Observe afigura 13.

Operações remotas

Algumas estações do SYSTEM302-7 podem operar de maneira remota ao restante do sistema. Esse éum caso muito comum em operações na área de óleo & gás, saneamento e na área de utilidades. Aoser conectado a uma linha telefônica discada, privativa ou a um rádio/modem, o DFI302 transmite osdados a uma base via rádio, via linha telefônica ou Internet. Dependendo das condições geográficas,há diversas possibilidades de arquitetura.


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Operação e controle entre as áreas

Uma corporação pode ser formada por diversas plantas industriais. Cada planta pode ainda serconstituída de várias áreas. Cada área é composta de várias células de processo que, por sua vez,possuem módulos de controle. O modelo de configurador definido pela especificação S88 da ISAabrange todas essas divisões. Essa convenção foi implementada em toda a estrutura de configuraçãodo SYSTEM302-7. Isso garante um configurador universal capaz de permitir a um transmissor em ummódulo de controle, trocar informações com outro módulo de controle. O SYSTEM302-7 proporcionaessa funcionalidade ao transmitir informações de uma rede para outra através de seus controladoresinterconectados por meio da infraestrutura de rede HSE. Desta maneira é possível haver supervisão dediversas áreas e controle entre módulos de controle. As tarefas de controle são divididas em partes edistribuídas aos equipamentos do sistema. Figura 14.

No caso das redes fieldbus, a capacidade conjunta dos microprocessadores de até milhares dedispositivos funcionam simultaneamente formando um verdadeiro sistema multitarefa, muito maispotente do que os cartões de controle tradicionais. O resultado final é uma performance muito superior.Na arquitetura de alguns sistemas, cada ponto ou dispositivo adicional se tornava um peso para osistema. No caso do SYSTEM302-7, cada ponto ou dispositivo adicional contribui com ummicroprocessador, o que aumenta a capacidade do sistema, melhorando seu resultado.

Disponibilidade

Em um sistema de alta disponibilidade, não apenas todos os equipamentos devem ser redundantes,mas a arquitetura do sistema como um todo deve ser projetada como redundante. O SYSTEM302-7possui redundância implementada nos diversos níveis de seus componentes de hardware e software,oferecendo tolerância a falhas, alta disponibilidade e segurança operacional:

Redundância Hot Standby

Nos controladores DFI302 é empregada a estratégia de redundância Hot Standby. Nela, o controladorPrimário é o que executa todas as tarefas e o controlador Secundário é aquele que, continuamentesincronizado com o Primário, permanece pronto para assumir todo o processo caso ocorra algumafalha no controlador Primário. O processo de troca de função de Secundário para Primário ocorre semnenhum sobressalto e de maneira automática.

Recurso de troca de função (switch over)

O conjunto redundante da plataforma DFI302 pode detectar e se recuperar de situações como:


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• Falha de hardware;

• Falha na alimentação;

• Remoção do controlador do rack;

• Falha na interface Ethernet;

• Falha de todos os cabos Ethernet conectados ao Primário;

• Falha de um canal H1 do Primário;

• Falha na comunicação Modbus (Mestre);

• Falha de todos os links HSE do Primário.

Transparência operacional

A redundância implementada é do tipo Device D-3, em conformidade com a especificação High SpeedEthernet (HSE) Redundancy Specification “FF-953” da Fieldbus Foundation. Por esta capacidade(Device D-3), durante todo o tempo de operação, o par controlador é visto como um único equipamentopelo configurador. Assim, as ações como comissionamento, descomissionamento, download deconfiguração e parametrizações são realizados apenas uma vez por conjunto redundante (Primário eSecundário) de maneira transparente ao usuário.

Diagnóstico específico para Primário e Secundário via SNMP

Em contraposição à transparência operacional, por SNMP é possível ter acesso a atributos dediagnóstico específicos de cada um dos controladores que formam o par redundante.

Redundância de canal de sincronismo

O sincronismo entre o par de controladores redundantes pode ocorrer portrês caminhos distintos: pelaporta serial dedicada e pelas portas Ethernet 1 e 2. Os controladores DFI302 trazem o diferencial depossuir redundância de canal de sincronismo, ou seja, são necessárias três falhas de caminho paraque a redundância do equipamento fique indisponível. Isto significa maior disponibilidade da própriaredundância do equipamento.

Redundância de configurações e de funcionalidades

A redundância é tratada nos diversos níveis da arquitetura do SYSTEM302-7 para que o sistema operede forma realmente redundante e transparente:

• No configurador e Host HSE;

• Nos Servidores OPC - redundância de supervisão para qualquer cliente OPC;

• Nos controladores DFI302 - redundância completa de tarefas, base de dados e canais decomunicação das redes de campo, incluindo as seguintes funções:

• Blocos Funcionais, inclusive o flexível (FFB com Lógica Ladder);

• Acesso a pontos Entrada/Saída convencionais;

• Links de controle H1 e HSE Foundation fieldbus;

• Link Active Scheduler (LAS ou o escalonador ativo da

• comunicação nos canais Foundation fieldbus H1);

• Gateway Modbus 4 portas Foundation fieldbus H1.

Definição de funções automática durante a inicialização

Os controladores definem sua função (Primário ou Secundário) de forma autônoma durante ainicialização, não sendo necessária nenhuma ação do usuário.

Facilidade de uso


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Os procedimentos para configuração e manutenção são tão simples quanto para sistemas nãoredundantes, economizando tempo na hora de colocar o sistema em funcionamento pela primeira vez:

Substituição de um módulo controlador com falha

Não é necessário um novo download de configuração ou intervenção do usuário. O novo controladorinserido é automaticamente reconhecido, recebendo toda a configuração e mesmo parametrizaçõesonline do controlador em operação através de um canal de sincronismo redundante.

Adicionando controladores redundantes a um sistema não redundante

Um sistema não redundante em operação pode ter controladores redundantes adicionadosposteriormente sem interrupção do processo. O processo de migração é simples, utilizando o mesmoprincípio do caso de substituição de um controlador com falha.

Atualização do firmware sem interrupção do processo

É possível realizar um upgrade dos controladores para versões mais atuais de firmware que agreguemmelhorias ou novas características sem que seja necessária a interrupção do processo. O processo éseguro e consiste na atualização de um controlador do par redundante por vez.

Possibilidade de controladores em racks isolados

Empregando controladores e fontes redundantes em racks isolados fisicamente, evitam-se fontescomuns de falha. Desta forma as fontes naturais de falha poderão afetar somente uma das partes dosistema redundante, garantindo a disponibilidade e segurança do processo.

Visibilidade plena do estado e dos atributos da redundância

As informações de redundância podem ser monitoradas e podem ser exploradas em qualquersupervisório ou cliente OPC,

Monitoração de falhas para manutenção proativa

Os diferentes tipos de falhas, como falhas nas interfaces, são sinalizados mesmo que ocorram noSecundário, isto permite manutenção proativa, assegurando a manutenção da disponibilidade daprópria redundância.

Redundância de redes de controle e supervisão

Os controladores DFI302 possuem duas portas Ethernet que atendem de maneira redundante e semsobressaltos: todas as operações solicitadas pelas estações de engenharia, operação e manutenção.Ex.: Supervisão, links HSE de controle para outros controladores, supervisão/controle por Modbus(integração com sistemas legados). Veja a figura 15.


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Arquitetura abrangente baseada em redes

A base da arquitetura do SYSTEM302-7(vide figura 16) é composta pelo conjunto de controladores daplataforma DFI302 dedicados para cada tipo de protocolo, assim como variáveis de processo. Estescontroladores trabalham com sinais 4-20mA, HART até padrões de redes industriais já citados. Paracada uma destas redes existe um controlador específico. Além da conectividade, todos oscontroladores são capazes de executar controle por meio de algoritmos variados como malhas PIDavançadas. Podem também instanciar blocos funcionais específicos para execução de lógicasdiscretas (blocos FFB - Flexible Function Block). A rede de alta velocidade HSE interligahorizontalmente todos os controladores. Uma vez selecionada a distribuição de hardware maisadequada para a planta, o sistema estará pronto para o controle de processo contínuo, lógica discretae batelada. O SYSTEM302-7 é adequado para todas as aplicações industriais e de qualquer tamanho.O sistema de automação industrial SYSTEM302-7 vem sendo instalado em todo o mundo e provou suaeficiência e eficácia em todas as aplicações. O primeiro SYSTEM302 foi instalado em 1994 sendoentão, o primeiro sistema fieldbus comercializado com base no padrão IEC. Na figura 17 uma vista daSala de Controle.


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O verdadeiro controle distribuído

O controle agora pode ficar em qualquer lugar, no campo, na sala de controle ou distribuído entre osdois. Os usuários já podem aproveitar plenamente a capacidade dos instrumentos inteligentes atuais,liberando recursos de nível mais alto para o controle da produção em tempo real. A utilização doprotocolo FOUNDATIONTM HSE garante ao SYSTEM302-7 uma verdadeira interoperabilidade derede, no qual diversos controladores interconectam-se de modo que os vários protocolos suportados(FOUNDATION fieldbus, Profibus, DeviceNet, As-i e Modbus) trabalhem juntos. Essa divisão de tarefasentre controladores permite a real distribuição do sistema, que não depende de apenas uma grandeCPU.

A ligação em rede das estações de trabalho

A ligação em rede permite que as estações de trabalho sejam dispostas da maneira mais conveniente eabrangendo toda a planta. Elas podem ser instaladas em escritórios, oficinas, salas de controle ou, atémesmo, no próprio chão de fábrica, utilizando-se do meio físico definido pelo padrão Ethernet e deprotocolos de comunicação não-proprietários e padronizados. O SYSTEM302-7 foi projetado paraaplicações em rede tanto de pequeno, quanto de grande porte.

A segurança do ambiente é garantida pela combinação da segurança do Windows com a segurança dopróprio SYSTEM302-7. Seguindo as diretrizes estabelecidas pela Microsoft em sua iniciativa de ZeroAdministration for Windows (ZAW), o SYSTEM302-7 oferece um Total Cost of Ownership (TCO) menorno desenvolvimento e gerenciamento dos softwares aplicativos. As seguintes funções garantem umTCO menor:

• Servidor com base de dados centralizados e únicos para armazenar os dados de projeto em um sólugar;

• Console gerencial para controle remoto de sua planta;

• Transferência remota do projeto completo, por meio de rotinas automatizadas de pack/unpack;

• Rede eficiente acionada por eventos para a transferência de dados de processo em tempo real;

• Atualização remota dos arquivos de partida e parada;

• Atualização e reinstalação remota de softwares a partir de um único console;

• Compartilhamento de tarefas em grupo de trabalho para configuração de projeto por múltiplosusuários;

• Domínio da arquitetura do projeto para maior segurança;

• Visualizações gráficas globais de tendências, históricos, gráficos, registros e sinótico.

Acessos remotos

O SYSTEM302-7 permite aos usuários se integrarem ao ambiente da planta para controle egerenciamento remoto. O servidor de base de dados centralizado proporciona discagem remota,instalação automática de software e funções automáticas de back-up. Com a utilização do RemoteAccess Server (RAS) da Microsoft, os usuários podem controlar a planta a partir de um local remoto. Asestações de trabalho podem ser instaladas ou atualizadas e mesmo operadas a partir de qualquer


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outra estação de trabalho.

Ambiente multiusuário

Em um grupo de trabalho formado por vários usuários, todos podem desenvolver um mesmo projetosimultaneamente. Com atualização instantânea, cada usuário tem acesso imediato à configuração totaldo projeto. Em um escritório de engenharia remoto é possível haver vários profissionais desenvolvendosimultaneamente o mesmo projeto. A rede utiliza a eficiente tecnologia de eventos para assegurar quecada estação de trabalho tenha as informações mais atualizadas. Este é um aspecto importante,porque cada usuário pode ver os mesmos dados em cada uma das estações de trabalho em temporeal. Figura 18.

Segurança

A segurança é uma parte importante de todo empreendimento, pois garante a integridade dos dados eimpede mudanças acidentais. A segurança do SYSTEM302-7 é garantida por áreas de segurança eníveis de permissão (passwords). Uma área de segurança é um conjunto de características desegurança, geralmente elaborada para um grupo específico de usuários. Um nível de permissão é aclassificação do login do usuário. A rede permite que todas as tendências, registros e telas sejam vistosa partir de qualquer estação de trabalho, isto significa uma grande economia de tempo e de recursos,já que esses itens só precisarão ser configurados uma única vez. O SYSTEM302-7 transmiteautomaticamente as informações necessárias a todas as estações de trabalho. O mesmo conceito éaplicado aos sinóticos de processo, que são conjuntos de diversas telas apresentadas ao mesmotempo no monitor do computador.

Funções de controle no supervisório

A estação de operação, geralmente, não participa das funções de controle, quando o tempo é um fatorcrítico. Entretanto, é possível executar programas de batelada e outras funções na estação deoperação. Além das funções lógicas e de sequenciamento executadas pelo controlador programável,uma linguagem de programação adequada ao controle de alto nível está disponível para aimplementação do controle na IHM. Figura 19.

Tolerante a falhas

Os equipamentos para controle de processos industriais são projetados para possuírem alto grau deconfiabilidade, mas, mesmo assim, poderão apresentar defeitos de diversas ordens. Por esse motivo, oSYSTEM302-7 foi projetado com vários níveis de tolerância a falhas. Em primeiro lugar a isolação da


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falha, em que a concentração de tarefas em um único componente do hardware é mantida baixa peladistribuição das tarefas entre os equipamentos de campo. Depois, existe a redundância do hardwareque pode ser feita com a maior parte dos componentes do sistema. Os protocolos digitais comoFOUNDATION fieldbus e Profibus-PA, adotam a isolação de falha de fiação. Para aumentar asegurança, os equipamentos de campo são distribuídos por várias redes digitais independentes, o quelimita a perda de uma malha ou de poucas malhas de controle, no caso de uma rede ser danificada.Além disso, ainda é possível a inclusão de device couplers específicos para arranjo de redes digitaisredundantes em anel. As estações de operação e os componentes de alimentação do barramento,também podem ser redundantes, com chaveamento automático bumpless, garantindo a alimentaçãodos instrumentos de campo. Para as estações de trabalho do operador, existe uma UninterruptablePower Supply (UPS). A função de mestre backup é garantida para todas as estações de trabalho epara todos os dispositivos de campo com chaveamento automático. No caso do protocoloFOUNDATION fieldbus, um dos maiores benefícios é a validação dos dados, garantindo-lhes um altograu de integridade.

Tolerância a falhas no SYSTEM302-7

Tanto em sistemas convencionais quanto no SYSTEM302-7, as estações de trabalho do operador e asfontes de alimentação são redundantes. A diferença entre os dois fica por conta do controle, E/S efiação. Uma pergunta bastante comum é: “O que acontece quando um fio com 16 dispositivos separte?”. Um sistema convencional e sem suporte a protocolos digitais usa apenas cartões de E/S e fiosde sinais 4-20mA para se conectar com os dispositivos de campo. Como um cartão de E/S geralmentetrabalha com cerca de 8 pontos, uma única falha em um cartão de E/S significa a perda de 8 malhas decontrole. No SYSTEM302-7 pode-se considerar a integração das tecnologias de ponta empregadasnos diversos protocolos digitais existentes, garantindo maior disponibilidade baseado no nível dediagnóstico disponível. Atualmente, a escolha da tecnologia é totalmente definida pelo cliente, masassim como já se sabe, cada protocolo possui um nicho de mercado e sendo assim é possível integrardiversos setores de uma planta e até aproximar-se da totalidade de E/S por meio de redes industriais(fieldbuses) com robustez. Os equipamentos de saída de campo dispõem de informação e mecanismopara ação de segurança em caso de falhas, independente da estação de operação e/ou decontroladores. A saída pode manter seu último valor ou passar para uma posição de segurançapré-determinada, desativando as malhas de forma ordenada quando dá ocorrência de uma falha. Aação de segurança pode ser ativada no caso de falha de um equipamento por meio de um sensor oude comunicação. O SYSTEM302-7 proporciona maior segurança do que a oferecida pelos sistemasconvencionais, pois os dispositivos de campo possuem autonomia para adotar ações de segurança, aoinvés de dependerem do comando de segurança de um controlador. A falta de suprimento de ar paraos atuadores é informada imediatamente ao operador. Entradas e saídas dos blocos funcionais, bemcomo os parâmetros relacionados aos mesmos, carregam informações de status. O status indica se oprocesso está fora da faixa, se houve falha em um sensor ou se existe um erro de configuração. Apropagação do status em um sistema se dá tanto no sentido descendente da estratégia de controle,para garantir a ação de segurança mediante falha, quanto no sentido ascendente da estratégia decontrole, para garantir uma transferência bumpless e proteção de windup. O status também serve paraalertar o operador quanto às condições anormais ou perigosas.Veja a figura 20.

Gerenciamento de Ativos

Hoje, não resta dúvida que no mundo da automação industrial as empresas buscam possibilidades dese tornarem competitivas. Entre estas possibilidades podemos citar a otimização de processos etambém o gerenciamento de ativos. A otimização garante melhoria de performance, redução de custoscom matéria-prima, melhor qualidade, etc. Quanto mais informação, melhor uma planta pode seroperada e sendo assim, mais produtos pode gerar e mais lucrativa pode ser. A informação digitalpermite que um sistema colete informações dos mais diversos tipos e finalidades de uma planta, comoninguém jamais imaginou e neste sentido, com a tecnologia digital, pode-se transformar preciosos bitse bytes em um relacionamento lucrativo e obter também um ganho qualitativo do sistema como um


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todo. E isto é garantido somente se o processo estiver rodando com excelência, uma consequênciadireta do gerenciamento de ativos e de práticas que reduzem o downtime, aumentando adisponibilidade da planta e cortando custos de manutenção. Um sistema de gerenciamento emanutenção deve ter recursos que permitam ao usuário identificar ou prognosticar fácil e rapidamentequalquer mau funcionamento de sua planta. Neste sentido, deve ter facilidades técnicas em geraçõesde dados estatísticos, levantamento de históricos, gerações de relatórios, permitir fácil acesso dequalquer lugar, mesmo fora da planta e evitar paradas não programadas e otimizar as paradasprogramadas das empresas, utilizando as manutenções preditivas e proativas(o chamado conceitoTPM- Total Productive Maintenance).Além disso, deve tirar vantagens dos modernos recursos de rede e arquitetura de software, comointerface OPC, multiprotocolos e acesso via WEB, onde estas ferramentas oferecem ao usuário amplavisibilidade da planta, a qualquer hora, em qualquer lugar. Em termos gerais, as empresas hoje quereminformação que podem gerar benefícios, facilitando as tomadas de decisões. Vejamos algumasfacilidades e benefícios do gerenciamento de ativos:

• Facilidade de acesso às informações em toda a planta (desde chão-de-fábrica até níveis gerenciais);

• Garante uniformização das informações nos diversos níveis hierárquicos, com confiabilidade. Rico eminformação, facilita a tomada de decisões;

• Permite infraestrutura e tecnologia para que se monitore online, configure, calibre e gerencieequipamentos de campo com o objetivo de se ter os melhores resultados em termos de desempenho eredução de custos;

• Permite as melhores práticas de manutenção (principalmente a proativa), através do gerenciamentode diagnósticos, programação de manutenções;

• Audit Trial;

• Minimização de spare parts;

• Aumento da disponibilidade e segurança operacional da planta e redução do downtime;

• Diminuição do tempo perdido em manutenção em equipamentos que realmente não a necessita(Manutenção Preventiva);

• Ganhos e redução de custos operacionais contribuindo para a redução de custos gerais. OAssetView, ferramenta de gerenciamento de ativos e parte integrante do SYSTEM302, foi desenvolvidodentro desta filosofia e utiliza o próprio WEB Browser como plataforma para as interfaces gráficas como usuário e é baseado em 2 padrões internacionais de descrição de dispositivos: EDDL (ElectronicDevice Description Language) e FDT (Field Device Tool). O AssetView suporta equipamentosFOUNDATION fieldbus, HART e Profibus.

Através do AssetView, pode-se executar manutenções, programar agendamentos, gerar notificaçõesvia email, e tudo sem a necessidade de um software específico. Esta ferramenta possibilita ogerenciamento de toda documentação dos ativos, como manuais, procedimentos, folha de dados,relatórios, links aos fabricantes dos equipamentos, etc de forma a concentrar toda documentação efacilitar o dia-a-dia do usuário. Com sua poderosa interface, o AssetView permite a operação comvários equipamentos de campo (transmissores e válvulas) e dispositivos mecânicos e elétricos dequalquer fabricante, facilitando a parametrização, operação, calibração e diagnósticos. Permite que seregistre toda e qualquer alterações efetuadas pelo usuário e que se tenha a reconciliação deconfigurações e monitoração online de centenas de produtos homologados com tecnologiaFOUNDATION fieldbus, HART e Profibus.

Além disso, o AssetView possui um Wizard que possibilita um aprimoramento da interface gráficadefinida pela EDDL de novos equipamentos. Permite também a definição de diagnósticos avançados,com a inclusão de gráficos. Entre vários benefícios destacam-se: a simplificação nas atividadesenvolvendo parametrização, diagnose e manutenção; redução de custos de manutenção; rápidaidentificação de problemas; prevenção de paradas não programadas, causadas por falhas deequipamentos ou de instrumentos e conseqüente aumento do MTBF (Mean Time Between Failures) daplanta; diminuição no tempo de parada, programada ou não programada da planta, com diminuição doMTTR (Mean Time To Repair); solução aberta e com fácil acesso a informação. O AssetView possuiduas patentes internacionais garantindo suas características inovadoras e o seu pioneirismo:6,631,298 e 6,725,182. Mais informações sobre o Asset View, acesse: www.smar. com/brasil/products/asset_view.asp Observe a figura 21.


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MES – Manufacturing Execution System

A necessidade de automação na indústria nos mais diversos segmentos está associada, entre diversosaspectos, à redução de custos, às possibilidades de aumentar a velocidade de processamento dasinformações, uma vez que as operações estão cada vez mais complexas e variáveis, necessitando deum grande número de controles e mecanismos de regulação para permitir decisões mais ágeis e,portanto, aumentar os níveis de produtividade e eficiência do processo produtivo. A automação permiteeconomias de energia, força de trabalho e matérias-primas, melhor controle de qualidade do produto,maior disponibilidade da planta, aumento de produtividade e pode reduzir problemas de segurançaoperacional. Em essência, a automação nas indústrias, permite aumentar os níveis de continuidade ede controle global do processo com maior eficiência.

Aumentar produtividade significa aproximar ao máximo a produção real com a capacidade nominal dasmáquinas e equipamentos, reduzindo ao mínimo possível as horas de parada, de manutenção corretivae falta de matéria-prima para abastecer o processo produtivo. O MES é uma ferramenta que a empresadeve utilizar para medir e controlar as atividades de produção com o objetivo de aumentar aprodutividade e melhorar a qualidade. Recursos não faltam para essa atividade, uma vez que essesistema possui interfaces diretas com o sistema de automação, coletando dados e gerando informaçãode fácil entendimento empresarial com abrangência mundial. São indicadores de performance eprodutividade, relatórios completos que identificam as etapas do processo e auxiliam na gestão doempreendimento, uma vez que os gestores podem tomar decisões mais rápidas e precisas. Além de aautomação agilizar os processos, com o MES pode- se analisar repetibilidade, confiabilidade, reduçãode custos com matéria-prima, melhoria nos produtos, entre outros. Vale lembrar que a automaçãoextrapola os limites de chão de fábrica. Ela continua após o produto acabado, atingindo fronteiras maisabrangentes – a automação do negócio. Nascem aí os sistemas gerenciais, no qual está inserido oMES. A Smar, por meio de seu sistema de automação, o SYSTEM302, e de seu módulo MES, fornecea automação completa e uma metodologia de gestão com todas as informações necessárias (oschamados KPIs, Key Performance Indicators – indicadores de performance) sobre qualquer atividade eo andamento de sua estratégia de ação, demonstrando o desempenho da organização. Métricas deprocesso podem ser definidas para tudo que influa no custo, na qualidade e consequentemente nosresultados. Dentre os indicadores o mais importante é o OEE – Overall Equipment Effectiveness (OEE= Utilização X Disponibilidade X Qualidade), que corresponde à eficiência da planta e é proporcional àsua disponibilidade, que é extremamente melhorada, com a implantação do gerenciador de ativos. Arastreabilidade, recurso importante presente no AssetView e no MES, possibilita registrar toda equalquer alteração dos padrões ou especificações de qualidade do processo, onde são registrados ousuário, data, hora e o motivo da alteração, facilitando auditorias e fornecendo um maior controle doprocesso de qualidade. Tudo isso possibilita o gerenciamento da indústria de forma integrada edireciona todos os esforços para se atingir resultados estabelecidos, facilitando a tomada de decisãoquando há mudanças relevantes no desempenho dos indicadores ou um desvio em relação aoplanejamento. Acompanhe a figura 22.


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Conclusão

Não resta dúvida que, hoje, o Sistema Verdadeiramente Aberto e o Gerenciamento de Ativos sãoimportantes ferramentas na gestão estratégica de uma empresa, responsável em gerar e darconfiabilidade operacional e por alinhar equipes de produção, manutenção e gerenciamento para seatingir metas comuns: o aumento da produtividade, melhoria da qualidade e redução de custos,exigidas por qualquer segmento de negócio. Além disso, representam a melhor opção em termos deretorno de investimento. Por isto, esteja atento ao definir o seu sistema de automação e controle.

Extraído do Portal Saber Eletrônica Online - Todos os direitos reservados - www.sabereletronica.com.br


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Automação

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