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AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL NO OPEX Como obter Vantagem Competitiva Investindo em Automação Industrial na

Operação e Manutenção

1 MÁRCIO VENTURELLI

e-Paper

Márcio Venturelli

AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL NO OPEX

Como obter Vantagem Competitiva Investindo em

Automação Industrial na Operação e Manutenção




INTRODUÇÃO

Em época onde a indústria é pressionada a produzir cada vez

mais, com o menor custo e mantendo-se em níveis aceitáveis

de segurança, os desafios tecnológicos nas plantas parecem

estar limitados nos grandes investimentos, isto é, no ciclo de

CAPEX (Capital Expenditure), onde encontramos caminhos no

início do investimento para poder atender estas demandas.

Mas e quando já operamos a planta e temos como metas estes

mesmos termos, num ambiente de manutenção e operação

limitados ao OPEX (Operational Expenditure), que não dispõem

de grande capital e deve entregar resultados de melhoria, além

da própria manutenção da planta.

Neste cenário a Automação Industrial passa a ter um papel

destaque nos investimentos de manutenção, podendo-se obter

Vantagem Competitiva, na produção, no custo e na segurança.

Vamos ver como podemos utilizar três tecnologias, que uma

vez implantadas, elevam o nível de competitividade da planta

produtiva.

CONTROLE AVANÇADO

Primeiro se automatiza, depois se otimiza, essa é uma

premissa utilizada na área de automação industrial, uma vez

que o investimento inicial se dá para a implantação da

plataforma de controle operacional, visando a produção

planejada da indústria.

Otimização de processos é a colocação de instrumentos,

equipamentos, limites operacionais e de capacidade em um

ponto ótimo de operação, normalmente acima das regiões de

conforto operacional, entregando aumento de produção com a

mesma plataforma existente, no mesmo nível de segurança.

A utilização de uma plataforma de otimização de processos,

como foco no aumento da produção é o primeiro degrau de




investimento dentro da área de O&M (Operação e Manutenção),

para que se justifique dentro da área de automação industrial,

chamamos de Controle Avançado de Processo.

Os primeiros centros de operação de processos tinham o foco

na operação e no controle de malhas, normalmente limitados

aos controles PID convencionais, formando conjuntos de

malhas, comandadas individualmente. Na evolução os centros

de operação hoje além desta função de comando e controle

dispõem de tecnologia de Controle Avançado, operando com

multivariáveis correlacionadas, com algoritmos que aperfeiçoam

o controle do processo, utilizando-se de tecnologias de IA

(Inteligência Artificial), levando os processos a limites ótimos de

operação.

A Variabilidade de Processos é um dos maiores desafios nas

operações de plantas, ele se dá por diversos motivos, que

ocasionam a dificuldade de colocar o processo num ponto

ótimo de operação, provocando perdas e elevação de custos

produtivos.

A utilização de malhas de controle com PID convencionais

coloca o processo em limites que não deixam subir o nível de

operação, dentre os motivos é que as malhas não são

interligadas para análise do comportamento do processo em

conjunto, com isso, ruídos, variabilidade e sintonia passam a

ser dificultadores nestes tipos de malhas.

Mas o que é Controle Avançado?

Na prática podemos definir Controle Avançado como:

• Uma técnica preditiva, isto é, um sistema capaz de

prever por antecipação a variabilidade do processo, através da

utilização de modelos;

• Ser multivariável, o controle passa a ter leitura de duas

ou mais variáveis para obter comportamento e promover uma

saída de controle;




• Atuar no nível acima do regulatório, este é um modelo

que atua de forma complementar ao Controle Avançado em um

nível acima desta camada.

Com estas definições, o Controle Avançado deve pelo menos

atender dois destes itens.

Há diversas tecnologias para Controle Avançado, vamos

entender como elas atuam no processo, o APC - Advanced

Process Control, que é o Controle Avançado de Processo é

uma técnica que tem como foco a diminuição da Variabilidade

do Processo, comentado anteriormente como um grande

desafio na produção.

O RTO - Real Time Optimization, Otimização em Tempo Real,

ele atua juntamente com o APC, porém seu objetivo principal é

elevar o ponto de operação, com isso se ganha diretamente na

produção.

Com o MPC - Model Predictive Control, Controle Preditivo com

Modelo, tem-se o Controle, a Predição e a Otimização, onde

através do conjunto Operação e Engenharia, consegue-se obter

o máximo do ponto ótimo de operação, utilizando-se as

técnicas comentadas.

O funcionamento de um sistema de Controle Avançado, por

exemplo, do tipo MPC, possui modelos matemático pré-

definidos, conhecidos do processo e seu comportamento, para

tomada de ações de controle.

Os Controles Avançados atuam de forma inferencial, isto é

utilizam-se modelos de conhecimento de processo de cada

malha, interessante observar que em sua atuação ele elimina o

que não está no modelo, integrando o processo.

Com este modelo o processo é levado a limites antes não

explorados, onde o operador não colocar mais o SP (Set Point)

e sim os limites de operação, mudando a forma operacional.




Os benefícios na utilização dos controles avançados podem

destacar:

• Aumento da Produção / Rendimento

• Melhoria na Qualidade dos Produtos

• Redução dos Custos de Produção

• Aumento da Eficiência Energética

Para implantar um sistema de Controle Avançado na planta,

podemos ter uma visão geral de como deve ser seguido:

• Planejamento – foco em Rentabilidade, o que quero

ganhar?

• Projeto – foco no que se tem, entender como são as

malhas atuais;

• Implantação – infraestrutura de comunicação, analisar o

que se tem e o que se deve ter para colocar em funcionamento;

• Comissionamento – pré-operação e treinamento, iniciar

as operações com cada malha testando os modelos e

treinando os operadores para este novo tipo de operação;

• Partida – liberação no modo Avançado e manutenção,

colocar as malhas em operação em modo avançado e iniciar o

ciclo de melhorias, que é constante e é a manutenção do

sistema, pois não é estático.

Como esta tecnologia é baseada em carga computacional, isto

é, necessita de hardware robusto para processamento

matemático, houve uma evolução na aplicação das mesmas,

visto temos um grande crescimento na potência de

processamento nos últimos anos.

Os próprios DCS e PLC são uma tendência em ter os cartões

de Controle Avançado já incorporados, visando já uma

implantação direta no controlador.




Com estas facilidades e benefícios há uma tendência de cada

vez mais as especificações técnicas (ET) de automação ter a

premissa da colocação de Controles Avançados já previstos em

plantas.

A utilização de Controle Avançado é benefício direto e imediato

na produtividade industrial, representando a fronteira da

diminuição do custo relacionado com o aumento da produção,

utilizando-se a mesma estrutura física de malhas de planta

com modelos convencionais.

GESTÃO DE ATIVOS

A manutenção industrial cada vez tem que ser mais eficaz na

gestão do ciclo de vida dos equipamentos industriais, para isso

a automação industrial passa a ter papel de destaque cada vez

mais importante no âmbito industrial.

Com o grande avanço tecnológico da TI (Tecnologia da

Informação) e da TA (Tecnologia da Automação), hoje temos

equipamentos de instrumentação e controle cada vez mais

inteligentes, não só desempenhando suas funções primárias,

mas também entregando inteligência ao processo, resultando

em tomadas de decisões na manutenção mais pontuais,

otimizando recursos, na ponta, reduzindo custos dos ativos.

Ao longo dos anos a gestão da manutenção passou por

diversas fases tecnológicas, no final da década de 70 e 80

tínhamos as fichas dos equipamentos, muitas vez colocada em

arquivos de papel, para o controle dos técnicos de

manutenção.

Com o avanço da TI, os computadores foram colocados a

disposição da gestão industrial, colocando estas fichas de

papel em formato digital, porém ainda tínhamos que dar

entrada manual de dados, das informações do ativo, tempo de

uso, troca de peças e situação encontrada ou reparada.




Com a instrumentação inteligente, isto é, o uso de redes

industriais de campo, os instrumentos passaram a ser ativos,

usando o recurso da eletrônica e a rede, podem estar

conectados a sistemas de gestão de ativos, onde os dados são

coletados automaticamente e analisados através de modelos,

dando aos técnicos todas as informações e conhecimento do

ativo necessário à efetivação ou não de reparos e antecipando

quebras previstas.

No nosso caso o ativo é todo e qualquer equipamento

responsável pela medição e controle dos processos industriais,

tanto o hardware quanto o software, passando por toda a

infraestrutura de da planta.

Os desafios da manutenção são diversos, para nosso

entendimento quanto aos ativos, podemos descrever:

• Reduzir custos de manutenção

• Reduzir paradas não programadas

• Diagnosticar problemas de forma pró-ativa

• Disparar O.S. pelo sistema de TI integrado

• Diminuir o tempo de retomada de processo

Os benefícios na planta com a implantação de um sistema de

gerenciamento de ativos inteligente, podemos descrever abaixo:

• Redução de paradas não programadas

• Redução de custos de inventário

• Redução nas paradas de produção

• Redução de defeitos em equipamentos

• Aumento de disponibilidade de planta

• Aumento da eficiência da manutenção




• Aumento da produtividade dos equipamentos

A tecnologia hoje empregada para gerenciamento de ativos em

planta é o uso de redes industriais, utilizando-se de protocolos

industriais, tais como, Profibus, Profinet, Foundation, entre

outros, conectados a uma infraestrutura que permita se

comunica com um sistema que gerencia este ativo e se

conecta a área de manutenção industrial.

O sistema de gerenciamento de ativos funciona de forma

automática, numa infraestrutura preparada o sistema aquisita

dados em tempo real, de forma acíclica na rede, podendo, por

exemplo, fazer testes de assinatura de válvulas, saber a

quantidade de partidas de uma Soft starter, sobrecargas, mau

posicionamento de posicionadores, entre outros, entregando já

pontos crítico para manutenção.

Há diversas funções que um gerenciamento de ativos pode

desempenhar, desde uma análise on-line na rede, no local ou

via WEB, até otimizar processos conhecendo as variáveis

analisadas, passando por gerenciamento de mudanças e

recuperação de desastres.

A implantação de um sistema de gerenciamento de ativos

passa por algumas etapas, podemos descrever abaixo de

forma simplificada os principais passos:

• Definição dos objetivos do gerenciamento de ativos

• Priorização de ativos – central de despesas

• Modelagem de gestão de cada ativo (criticidade)

• Indicadores de desempenho para análise

• Projeto de infraestrutura e implantação

• Medição, coleta, gravação e análise

• Plano de ação – procedimento padrão




As tendências em gerenciamento de ativos na automação

passam por uma evolução nas aplicações dos sistemas de

segurança (SIS) e nas redes sem fio Wireless para automação

industrial.

Na competitividade industrial o gerenciamento de ativos é

sensível à gestão dos custos, tanto produtivos quanto de

manutenção, podendo diferenciar as melhores margens de

operações produtivas no setor industrial, entregando vantagem

competitiva.

GESTÃO DE ALARMES

O controle operacional com foco no operador é cada vez mais

direcionador nos projetos de automação industrial, entendendo

isso como um fator importante, desde a segurança

operacional, até a gestão eficiente do ativo, os alarmes de

processos ganham destaque e exigem a aplicação de

ferramentas para sua administração, esse é o tema de nosso

e-Paper, a gestão de alarmes.

Um dos cenários que mais ocorrem hoje em termos

operacionais, é um operador sentado em frente a uma estação

de operação onde dentro de uma normalidade, não indica

nenhuma tendência anormal, o foco é manter o patamar de

controle, porém uma vez ocorrendo algum evento, é disparada

uma série de alarmes em sequencia, criando o que chamamos

de avalanche de alarmes, que na prática não demonstra ao

operador a origem e muito menos a causa de um problema

operacional.

Outra situação que ocorre muito são os alarmes não relevantes,

eles sempre aparecem para o operador, porém ele reconhece o

mesmo o dia todo, não dando importância, pois esse alarme

não era necessário ou esta descalibrado para o processo,

como resultado disto tudo, um acidente pode ocorrer, pois há

excesso físico para um operador, além de baixa qualidade de

indicação de um provável e iminente sinistro.




Interessante observar que as avalanches de alarmes são um

legado negativo da evolução da tecnologia, pois no passado ter

um alarme era caro, tinham que ser elaborados, projetados e

implantados um a um, num sistema muitas vezes

eletromecânico, hoje os PLC/DCS (SCADA), proporcionaram

uma facilidade sem igual na implantação de qualquer tipo de

alarme para um operador, ocasionando na ponta uma

sobrecarga para operação, simplesmente não se consegue

gerenciar a informação de um alarme na tela de operação.

Vamos entender o que é um alarme, segundo a ISA 18.2, é um

sinal audível e/ou visível indicativo do mau funcionamento de

um equipamento ou processo ou condição anormal que requer

uma resposta, logo então, gerenciar alarmes é o processo de

projetar, implantar, monitorar e aprimorar os alarmes, a fim de

garantir operações seguras e confiáveis.

As plantas de processo hoje demandam desafios operacionais

que podemos destacar alguns orientados aos alarmes, entre

eles:

• Os alarmes devem ajudar operadores a corrigir

problemas no processo

• O operador ao receber um alarme deve (entender,

reconhecer e tomar uma ação) no máximo 6 alarmes/hora

(EEMUA)

• Os alarmes devem evitar paradas não programadas de

planta

• Os alarmes devem contribuir diretamente para a

confiabilidade operacional da planta

A implantação de um processo de gerenciamento de alarmes

entrega benefícios ao controle operacional, podemos listar

alguns dos principais:




• Aumento da estabilidade operacional (diminuição da

variabilidade na interferência da operação)

• Aumento da valorização do alarme atuado na tela

operacional (menos distração)

• Respostas mais rápida aos eventos

• Identificação de tendências de problemas de

equipamentos ou processo (gargalos)

A tecnologia utilizada hoje na implantação de um sistema de

gerenciamento de alarmes segue um conceito de sistema, isto

é, através da aquisição dos dados de alarmes num sistema de

automação existente, um servidor coleta todas as ações de

alarmes e através de um sistema de gestão (software) com

ferramentas apropriadas para atender as premissas já

descritas, consegue-se ir adequando, melhorando e alterando

a estrutura de alarmes, podendo atender todos os requisitos de

segurança segundo a norma.

O funcionamento do sistema passa o comando dos alarmes do

Scada/DCS para um servidor de alarmes, isto é, um modelo

gerenciável entrega na tela de operação as informações

relevantes de alarme, não mais vindo (configurados)

diretamente do Scada/DCS, mas sim de uma modelagem que

permite dar consistência ao alarme, na prática é transparente

ao operador.

A implantação de um sistema de gestão de alarmes passa por

uma sistemática, onde podemos destacar as principais em

sequencia:

• Benchmarking e Avaliação – uma avaliação geral no topo

da gestão, levando dados de cenários e até mesmo de outros

sistemas paralelos instalados a título de comparações;




• Filosofia de Alarmes – Deve-se escrever um manual de

como os alarmes devem funcionar, tudo é planejado, as regras

e ações do todo, isso passa a ser a diretriz de implantação;

• Racionalização dos Alarmes – Extinção das piores

atuações, revisão completa dos alarmes na configuração, seria

como se fosse uma “limpeza” inicial;

• Implementação e Execução – Configuração do sistema

de gestão de alarmes junto ao de controle;

• Manutenção – um sistema de gestão de alarmes exige

manutenção constante, pois o processo é dinâmico, onde

monitora-se desempenho, para aprimoramento das piores

atuações;

• Melhoria Contínua – a gestão de alarmes deve se

entendida como ciclo, tudo pode ser melhorado, o

gerenciamento do fluxo e alterações para permitir melhoria

constante.

Os sistemas de gestão de alarmes já são uma realidade e

como toda tecnologia evolui constantemente, há algumas

tendências que já despontam neste tipo de ferramenta,

podemos comentar as principais, que são:

• Gerenciamento de alarmes compulsório – algumas

plantas de alta criticidade caminham para que o sistema seja

compulsório, isto é, seja obrigatório dentro de um tópico em

legislação (parecido ao NR-10);

• Gerenciamento de alarmes mobile – com os aparelhos

portáveis (smartphones) são uma realidade, estes

equipamentos passam a potencializar as ações operacionais

vindas de um sistema de gerenciamento de alarmes, não só no

site, como remotamente;

• Ferramenta integrada na manutenção – os sistemas de

gestão de alarmes podem integrar-se aos sistemas de gestão




da manutenção, permitindo, por exemplo, a gestão dos ativos,

uma vez que se podem obter informações de todo e qualquer

equipamento por alarmes configurações em diversos níveis de

informação.

A segurança operacional é tema de extrema importância nas

relações de governança das indústrias, o gerenciamento de

alarmes é uma ferramenta que adiciona conforto operacional

aos operadores com ganho de eficiência, além do aumento da

confiabilidade na operação da planta produtiva.

Vimos neste pequeno artigo como as ferramentas podem

melhorar a produção através da otimização de malhas de

controle de processo, diminuir os custos de operação utilizando

de gerenciamento de ativos com tomada de decisões

antecipadas e melhorar o nível de segurança operacional,

colocando inteligência nos eventos de planta.




SOBRE O AUTOR

• Márcio Venturelli trabalha no

mercado de automação industrial há

20 anos, tendo passado por diversos

departamentos, tais como, assistência

técnica, treinamentos,

comissionamento, projetos,

engenharia, marketing e negócios.

• Trabalhou em diversos projetos de

implantação de sistemas de automação

de plantas de bioenergia,

transformação e manufatura, no Brasil

e no exterior.

• Atualmente trabalha em

desenvolvimento de mercados com

foco em engenharia conceitual na área

de automação industrial, tendo como

base viabilidades técnicas e financeiras,

otimização e gestão industrial

produtiva.

• É professor universitário de pós-

graduação de automação industrial e

gerenciamento de projetos.

• Membro Sênior da ISA (Sociedade

Internacional da Automação) e

Presidente da Seção ISA Sertãozinho-

SP, Membro do PMI-SP (Instituto de

Gerenciamento de Projetos) e

Coordenador do Comitê de Automação

Industrial do CEISE Br.

• Graduado em Ciência da Computação,

Pós-Graduado em Gestão Industrial e

Petróleo e Gás. MBA em Estratégia de

Negócios. Técnico em Automação

Industrial e Eletrotécnica.

• E-mail: [email protected]

JULHO/2014 - R0

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