Ano 6 - n039 - Novembro - Dezembro/2008 - Europa: (4,30 - Brasil: R$ 13,90

AUTOMAO INduSTRiAL dE PROCESSOS E MANUfATURA

Sistema decontrole paraprocessos debateladas

H algum tempo os processos de bateladas deixaramde ser um mistrio nas indstrias e no ambiente deautomao. O cenrio atual nos apresenta diversasmaneiras de se controlar e monitorar um processode bateladas, cada um com suas caractersticas,vantagens e desvantagens. Este artigo visa mostraralguns detalhes de quatro maneiras diferentes dese automatizar um processo de bateladas a partirde um sistema de controle

Por Alan Liberalesso*

Controle a partir deCLPs e IBMs

Interagir com os equipamentos decampo, como vlvulas, morares, sensorese outros dispositivos, atravs de CLPs (ouPLCs, Programmable Logic Controllers, emingls) o recur o mais comum na maioriados processos indusrriais no mundo, inclu-sive no Brasil.

Neste contexra, cabem ao PLC tarefascomo: partida e parada de morares, aber-tura e fechamento de vlvulas, contagem,temporizao, monirararnento e comrole devariveis analgicas, seqeneiarnemos, emremuiras outros. os processos de bateladasso urilizados alguns algorirmos de pesa-gem, tabelas de dado e procedimemos. Ocontrole do processo realizado pelo PLC,o papel dele a execuo das operaes,sejam estas fixas ao longo de suas rotinas,sejam parametrizveis atravs de algumainterface de operao.

As IHMs, equipamentos para visua-lizao e comrole de processo, projetadaspara o ambiente industrial e com dezenasde opes disponveis no mercado, tem opapel de apresentar de maneira didticaas informaes do processo ao usuriodo sistema. No semido contrrio, recebeos comandos gerados pelo mesmo e faz a"entrega" ao PLC por meio de sua interfacede comunicao.

I F1. Tela de seleo de receitas.

SELEC~O RECEITR - [F10J~

RECEIT~ 20mLRECEIT~ 40mLRECEITJ:I 50mLRECEITJ:I 20mLRECEITJ:I 40mLRECEIT~ 50mL

9uiatransp,vE.'rticaldistribuicaotr.ansp.separacaotr.ansp,b.arrastransf.b.arrashQmE.'

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SETPOINT######BBB###BBB###BBB####BB###BBB###############

o controle dos processos de bateladarealizados pelo par PLC-IHM pode serrealizado de diversas maneiras, dependendodo hardware empregado, tipo de processo,nmero de receitas, entre ourros. Assim:

Processos e aplicaes com umanica receita: neste caso, a IHMapresenta cones, textos ou teclas defuno (dependendo do modelo) ondeso solicitadas operaes como: iniciarreceita/batelada, pausar, abortar,entre outros. A IHM pode apresentarinformaes como nmero do passoem execuo, mensagens ao opera-dor, tempo da batelada, quantidadesadicionadas, etc. O PLC recebe oscomandos e execura as operaespreviamente estabelecidas em sualgica de controle. papel do PLCidentificar a execuo dos passos egerenciar o processo de bateladas.Dependendo do processo e aplicao,os parmetros desta receita podemser alterados via IHM (tempos, ve-locidades, quantidades, etc.), porma ordem de execuo das tarefas(seqenciamento da bareladas) nopode ser alterada;

Em processos onde temos maisde uma receita: pode-se trabalharde maneira semelhante anterior,somente acrescendo ferramenta paraseleo da receita via IHM. Tambmneste caso existe a opo de se urilizarvalores previamente definidos noPLC ou alter-los via IHM.

A maioria das IHMs existentes nomercado obriga que todos os parmetrosdas receitas sejam armazenados no PLC, emrabelas de dados que so copiadas para a reade trabalho aps seleo e solicitao feita

pelo usurio do sistema. Alguns modelospermitem que todos os dados das receitasfiquem armazenados na prpria IHM,liberando memria no PLC e reduzindodrasticamente a necessidade de lgicas de-dicadas ao armazenamento e manipulaodestes dados no mesmo.

A urilizao do par IHM-PLC no per-mite controle de verso, reviso e autoria.Alm disso, limita o nmero de receitas, oacesso aos dados das mesmas, e no permitealterar o seqenciamento das operaes.

Apesar de normalmente vincularmosprocessos de bateladas a ranques de produo,adies de matrias-primas, procedimentos,etc., existem muitas mquinas e linhas deproduo que apesar atuarem dentro deprocessos contnuos ou de controle discretoutilizam parte do princpio de controle debatelada para seleo de produtos, peas,formatos e setup das mesmas. Veja os exem-plos na figura 1, figura 2 e figura 3.

Controle com PLCs eSCADAO princpio de controle o mesmo. A

diferena que com a utilizao de sistemassupervisrios tem um grande incremento decapacidade, funcionalidades e ferramentaspara interagir com o processo. As aplicaesgeradas para este tipo de sistema rodamem microcomputadores, os mundialmenteconhecidos PCs.

Primeiramente, cada equipamento oudispositivo do processo que controladopelo PLC pode ser manipulado a partirdo sistema supervisrio. Comandos comoabrirlfecharlligarldesligar, seleo de modode operao (manual, automtico, manu-teno) so feitos a partir de janelas decontrole individualizadas. A indicao dosstatus (Iigado/ desligado/ aberto/ fechado/emalarme/inibido/em manual/em automtico)tambm feita de maneira individual epara todos os equipamentos. Variveis deprocesso (temperatura, presso, vazo, nvel, c::I

t~ manufatura

velocidade) so monitoradas e controladasa partir de computadores, fisicamente po-sicionados junto ao processo, em salas decontrole, ou remotamente, a quilmetros dedistncia; E o processo de batelada, o queesta arquitetura pode proporcionar?

Com relao capacidade de armaze-namento de receitas, milhares podem fazerparte do sistema; quanto ao gerenciamentodas mesmas arravs da tela do computador,pode-se visualizar e selecionar utilizandofiltros como cdigo, verso, famlia, produ-to, receita. Alm desses, possvel definiro tamanho da batelada e a quantidadede bateladas a produzir. Como controle,operaes como pausar, parar, abortar,pular passo, alterar parmetros e tempos,so operaes comuns. Pode-se at montaruma fila de produo, onde so selecionadastodas as bateladas para um determinadoperodo (hora, turno, dia).

As telas de acompanhamento da pro-duo rrazem informaes importantes doprocesso e da batelada, como a indicaodo passo atual, dos passos executados comos respectivos registros (quantidade real,tempo consumido, alarmes, etc.), das ba-teladas que esto em execuo, do status econtedo dos tanques. Grficos regisrramo comportamento das variveis e as telassinticas (que apresentam o layout do pro-cesso) trazem em tempo real as informaesdo cho-de-fbrica.

Nesre sistema fica restrita a alteraoda ordem de execuo dos passos e assimcomo na arquitetura anterior, no possvelrepetir um passo j executado, operaesem paralelo, defasagem entre passos, etc.Exemplos na figura 4 e figura 5.

Controle por PLC, SCADAeSistemas MES (Sistemas deExecuo da Manufatura)

Nesta arquitetura o sistema supervisriomantm a atribuio de monitoramento econtrole do processo, mas o gerenciamentoda batelada cabe a um sistema MES, de-senvolvido atravs de linguagens de progra-mao de alto nvel. Neste caso, todas asinformaes referentes s receitas (cdigos,matrias-primas, passos, procedimentos,etc.) ficam armazenadas em bancos de dadosdo tipo relacional, os quais proporcionam,entre outras vantagens, maior capacidade dearmazenamemo, utilizao de ferramemas deconsulta, acesso remoto e por mais de umaestao de trabalh%perao, rastreabilidadee trabalho com sistema de armazenamentoaberto e escalonvel.

O sistema MES contempla telas e re-cursos para cadastro de matrias-primas,procedimentos, parmetros e registros, bemcomo a montagem da receita com dados decabealho (cdigo, nome, descrio, data decriao e reviso, verso, produto, etc.), e coma composio dos passos com os respectivos

procedimemos, sejam estes relacionados aosprocessos de dosagem, sejam instrues detrabalho ou procedimento de ontrole (ex.:agitao, resfriamento, tempo de espera,etc.). Tambm papel deste tipo de sistemaa interface para solicitao de produo(lotes a produzir nmero de bateladas, etc.),uma ferramenta para acompanhamento daproduo (lote em andamento, bateladasconcludas taru. etc.).

O sistema de relatrio tambm fazparte de um istema ME seja ele geradodentro do prprio i tema, seja atravs dealgum sofrware de relatrio de mercado oumesmo a partir de ferramenta Web (paraconsulta atrav de um navegador como oInternet Explorer. da .\ficrosoft)

Em uma viso mai ampla, o sistemaMES responde por:

Cadastros: roda a entrada de dadosque visa alimentar as tabelas dobanco de dados com informaespara futura'

Solicitao de produo: interfaceonde inserido o plano de produo,ou seja, a relao de receitas a pro-duzir, o nmero de lote ou ordem defabricao e o nmero de bateladasdesejadas de cada uma (figura 6);

Acompanhamento da produo:interface para visualizao do anda-mento da produo, com status dasreceitas, bateladas em andamento,concludas ou na fila para produo(figura 7);

Relatrios: ferramenta de consultaque permite fazer a rastreabilidadede um lote ou seqncia especficae tambm, na combinao de seusfiltros, a consulta de bateladas pro-duzidas no passado (figura 8).

]..- I Atualizar '1Total KG:r--

Total%:r--

Adltlonadop.,

C6d:

Validade: I (Meses)

]

::J Unidade: I--:J]

Tempenhlr. do Prodvto(C): ~

Temperatura do Produto (-C): ~

In'''. (h), r--= F'noO (h), r--= ~

Peso Peso tnrdo FimT.rico R.al

Receita:

Verso:

Tecnologia:

Batch Size:

ltima Atualizao:

rResponsveis

r cadastror RevisorAprovaor Reprovao 1

Observao: I IExcluirQeftnllvamenlelQK II .c.ancelar I -I-I-nc-'u-Ir-II Excluir I~

Produto:

asoeeceas

Procedimentos

Ir Cadastro de Receitas::J Cdigo:

Famlia:

lote

Peso T.rico: Lote': IData: I I

r--Inicio (h): r--= final (h): r--=

C4dlOO

C6di90:

Produto:

Faurv6cuo (a +1- -0,1 kgf/c:m')c:om recldo por 10 mln.

Misturar na velocidade de 30 Hz por.) mln.

Inrelo (h): r--= Final (h): ~

hem Ordem Unidade Procedimento Pl P2 P3 P4 :J31 37

32 38

33 3'l.J34 .e

35 41

36 42

37 43:J- ..

Parmetro Valo. Unidade ltemlD

(ODlGO

QUANTIOAOE ,QUANTIDADE k'J

lill .

ProcedImentos ~Unld.Proced: -I ------J~I --------~-_-_-~-~-~-_-_-_-_-_-___:-~-_----J~Ordem: ro-- II liovo Passo I --EI

MIXER$" MENSAGEM$" TEMPORIZACAO].. ADICAO _MANUAL

Phase Tags! I? Prestate! ~ Aborting:..... Holding

I....~ Restarting1.... Running:..... StoppingL...~ REQUEST

$"$..... F11. Phases e estado no PLC.

Alan Liberalesso engenheiro de aplicaesda BASE Automao e colaborador do "BatchControl Comunidade Online".

uma soluo atender aos propsitos, caberuma anlise sobre necessidades futuras erelao custo-benefcio para se definir qualsoluo ser adotada e implementada. MA

UNO'l.)olENSAGEW

UN~~ ~UN01~UEOMENTO

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F11. Receita em SFC.

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T=I"I?OR1Vo.CAO:1STAT=. = C -_:TE

; F9. Phases (Procedimentos} de uma Unit.

ConclusesA soluo a ser adotada dever ser

definida aps a anlise de uma srie defatores, como caracterstica do processo,necessidades do sistema de formulao,estrutura e nmero de receitas, parmetrose registros necessrios, infra-estrutura deautomao existente e/ou requerida, cusrosenvolvidos, entre outros.

Dependendo das informaes acima serpossvel afirmar quais solues atendero snecessidades do processo. E quando mais de

1. Modelamento fsico do processo Clula de processo: onde definida area responsvel para a produo dasbateladas (planta/processo/linha);

Unidades: conjunto de mdulos decontrole e de equipamentos responsvelpela execuo de uma, algumas ourodas as erapas do processo (tanques,rearores, silos, etc.);

Mdulo de equipamento: conjuntode equipamentos que realizam ativida-des do processo, como aquecimento,dosagem, etc;

Mdulo de controle: dispositivo decontrole, como vlvula, moror, sen-sor, etc.

2. Modelamento procedural do processo Procedimento: estratgia para exe-cuo do processo/batelada;

Procedimentos da unidade: conjuntode operaes utilizadas para seqen-ciamento dentro da unidade;

Operaes: conjunto de atividadesagrupadas e que visam o atendimentode necessidades da batelada/pro-cesso;

Fases: realizao de tarefas/aes b-sicas e simples, como adio de ma-teriais, agitao, transferncia, entremuiros outros.

O software de bateladas dividido emmdulos, sendo que a base definida por:Equipment Editor (modelamento fsico),Recipe Editor (modelamento procedural),Server (gerenciamento da batelada e comu-nicao do mdulo View com o PLC), View(interface ao operador para visualizao econtrole das bateladas), Archiver (geraodos registros eletrnicos das bateladas) eReport Editor (criao e customizao derelatrios com os registros eletrnicos).

O sistema supervisrio continua coma atribuio de monitoramento e controledo processo. Ao PLC cabe toda a interfacecom o cho de fbrica, como as tarefas departida e parada de motores, abertura efechamento de vlvulas, monitoramento econtrole de variveis analgicas. Do modelofsico definido para o controle da bateladacabem ao PLC as rotinas com as phases e osestados das mesmas, cada uma com umafuno especifica como agitao, adiode materiais, resfriamento, entre outras,definidas quando do modelamento dosistema de bateladas. Veja os exemplos nafigura 9, figura 10 e figura 11.