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Apostila de automação

AUTOMAÇÃO VIIII REVISÃO 1 CURSO: ENGENHARIA ELETRÔNICA E DE TELECOMUNICAÇÃO

1. OBJETIVO ................................................................................................................................. 4

2. INTRODUÇÃO .......................................................................................................................... 4

3. SISTEMAS DE AUTOMAÇÃO ............................................................................................... 4

3.1. Evolução da arquitetura centralizada para distribuída ................................................. 5

3.2. Camadas de uma arquitetura distribuída em sistemas de automação ......................... 7

3.2.1. Camada de Instrumentação .......................................................................................... 7

3.2.2. Camada de Controle ..................................................................................................... 9

3.2.3. Camada de Supervisão ............................................................................................... 12

3.2.4. Camada de Otimização .............................................................................................. 17

3.2.5. Camada de Gestão...................................................................................................... 21

3.2.6. Camada de Integração ................................................................................................ 25

AUTOMAÇÃO................................................................................................................................. 25

4.1. Dinâmica Operacional ..................................................................................................... 25

4.1.1. Redundância física ................................................................................................. 26

4.1.2. Redundância lógica ................................................................................................ 27

4.2. Segurança.......................................................................................................................... 28

4.2.1. Ambiente de instalação dos equipamentos ................................................................ 28

4.2.2. Sistemas de retaguarda de energia ............................................................................. 28

4.3. Confiabilidade .................................................................................................................. 28

4.4. Disponibilidade ................................................................................................................. 28

5. PLANO DIRETOR DE AUTOMAÇÃO E INFORMAÇÃO .............................................. 29

5.1. Abrangência de um PDAI ............................................................................................... 29

5.2. Detalhamento do Plano.................................................................................................... 30

5.2.1. Nível de Instrumentação ............................................................................................ 30

5.2.2. Nível de Controle ....................................................................................................... 30

5.2.3. Nível de Supervisão ................................................................................................... 30

5.2.4. Nível de Otimização................................................................................................... 31

5.2.5 Nível de Informação................................................................................................... 31

6. ETAPAS DE UM PROJETO DE AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL ..................................... 31

6.1. Levantamento de Campo................................................................................................. 31

6.2. Especificação Funcional .................................................................................................. 31

6.3. Critérios de Projeto.......................................................................................................... 32

6.4. Fluxogramas P&I (Processo e Instrumentação) ........................................................... 32

6.5. Instrumentação do fluxograma P&I .............................................................................. 32

6.6. Arranjo da Sala de Controle ........................................................................................... 33

6.7. Relação de entradas e saídas dos controladores............................................................ 34

6.8. Especificação de instrumentos ........................................................................................ 34

6.9. Folha de dados de instrumentos/equipamentos ............................................................ 35

6.10. Folha de Especificação para o Sistema de Automação ............................................. 35

6.11. Diagramas Lógicos ....................................................................................................... 36

6.12. Diagramas Funcionais ................................................................................................. 37

6.13. Diagramas de interligação ........................................................................................... 37

6.14. Diagramas de Malhas .................................................................................................. 38

6.15. Relação de Circuitos e Cargas .................................................................................... 38

6.16. Diagrama Unifilar ........................................................................................................ 39

6.18. Plantas de locação de instrumentos ............................................................................ 39

6.19. Lista de Materiais......................................................................................................... 40

6.20. Lista de Cabos .............................................................................................................. 41

6.21. Planilhas de Cabos ....................................................................................................... 41

6.22. Lista de Cabos para lançamento................................................................................. 41

6.23. Gestão de Suprimentos ................................................................................................ 41

6.24. Análise Técnica de Propostas ...................................................................................... 41

6.25. Comentário de desenhos de fornecedores .................................................................. 42

6.26. Roteiro de Aceitação .................................................................................................... 42

6.27. Programação de CLP................................................................................................... 42

6.28. Configuração do Software De Supervisão ................................................................. 43

6.29. Desenvolvimento de drivers ........................................................................................ 44

6.30. Testes de Plataforma.................................................................................................... 44

6.31. Elaboração de Manuais ............................................................................................... 44

6.32. As-Built ......................................................................................................................... 44

6.33. Implantação do Sistema............................................................................................... 44

7. FERRAMENTAS DE APOIO À PRODUÇÃO .................................................................... 45

8. FERRAMENTASDECONTROLEEACOMPANHAMENTODEPROJETO.............46

A disciplina tem como objetivo apresentar ao aluno informações sobre os sistemas de automação de forma ampla, enfatizando as interfaces entre as diversas camadas existentes. São apresentadas as arquiteturas e configurações mais utilizadas, bem como algumas ferramentas de planejamento e gestão de projetos.

2. INTRODUÇÃO Automação é um conceito amplo que pode ser aplicado em qualquer ambiente, seja predial, comercial ou industrial. Baseia-se fundamentalmente na aplicação de dispositivos que visam substituir o trabalho braçal, insalubre ou repetitivo.

Sistemas de automação podem ser distribuídos em camadas, como relacionado abaixo: - Gestão.

Ao longo do texto, serão explicitados os componentes de cada camada, suas características e interfaces. Serão apresentadas também, as arquiteturas e configurações mais utilizadas com as respectivas análises de custos e benefícios.

A abordagem do tema não está vinculada a qualquer tipo de produto de mercado, sendo que os conceitos e funcionalidade dos dispositivos são apresentados em âmbito geral. As figuras apresentadas no texto são de caráter meramente ilustrativo.

3. SISTEMAS DE AUTOMAÇÃO A automatização de processos traz benefícios inegáveis com relação ao aumento da produtividade, redução dos custos e melhoria global da qualidade. Traz, entretanto, alguns efeitos colaterais dos quais podemos apontar como sendo o pior o desemprego.

A automação e a computação são duas áreas que têm muito em comum. Podemos considerar que os processadores e de maneira geral os computadores foram e ainda são uma ferramenta essencial na implementação de sistemas automatizados. Estas áreas estão em constante evolução em decorrência de novas tecnologias que introduzem a cada ano novos componentes, novos materiais, novas arquiteturas e configurações para a construção de dispositivos e equipamentos.

Os primeiros sistemas de automação possuíam tamanho avantajado, com capacidade, performance, confiabilidade e disponibilidade reduzida. Os sistemas modernos reverteram estas características desfavoráveis e hoje se mostram surpreendentemente pequenos, com grande capacidade de processamento o que lhes atribui alta performance, são extremamente confiáveis e com altos índices de disponibilidade.

Uma das principais mudanças trazida pelo avanço tecnológico foi a distribuição de recursos e dados pelos diversos componentes de um grupo de computadores. Outrora, tarefas e dados eram processados em uma única máquina, servidor main-frame, que concentrava e geria todos os recursos de processamento e armazenamento dentro de uma arquitetura centralizada, como mostrado na figura 3.1_1. Os sistemas de controle eram separados da estrutura corporativa.

Super Computadores Camada Corporativa Servidor Main-Frame Processamento de Dados

Rede Corporativa Terminais ?burros? Camada de Clientes Funções: Acesso ao Servidor

Controladores Locais Eletrônicos ou Eletromecânicos (Relés) Sensores Atuadores Camada de Controle Funções: Controle Sequenciamento Intertravamento

Camada de Instrumentação Funções: Medição Atuação Figura 3.1_1 - Arquitetura centralizada A descentralização trouxe maior autonomia e maior disponibilidade de recursos uma vez que cada equipamento, dotado de uma unidade de processamento e outra de armazenamento própria, tornou- se capaz de realizar tarefas, armazenar dados localmente e intercambiar dados e informações com outros equipamentos conectados através de uma rede constituindo uma arquitetura distribuída, como mostrado na figura 3.1_2 Exemplo claro da distribuição de tarefas e da possibilidade de sua realização em diversos níveis de um sistema de automação é a tarefa de controle: - Os primeiros algoritmos de controle foram implementados em módulos alojados em painéis e alocados no campo junto aos equipamentos sensores e atuadores, desempenhando um controle local;

- Numa segunda etapa, a tarefa de controle passou a ser desempenhada por painéis de relés, nos quais eram implementadas as lógicas de controle, intertravamento e seqüenciamento; - Dos painéis de relés, ainda existentes e aplicados em áreas de segurança máxima, passamos aos controladores programáveis, que assumiram todas as tarefas até então desempenhadas - A utilização de computadores para desempenhar a interface com o usuário possibilitou que o controle também fosse implementado na camada de supervisão, apesar de não muito - Mais recentemente, o controle voltou a ser implementado na camada do chão de fábrica com a nova geração de instrumentos digitais conectados em rede de campo.

Não existe a priori, uma configuração única ou uma regra que determine onde os recursos deverão ser alocados, onde as tarefas deverão ser desempenhadas ou onde os dados deverão ser armazenados. Cada sistema deverá possuir uma configuração de hardware e software adequada às suas necessidades, estar apto a receber dispositivos de outros fabricantes (sempre que possível) bem como prever capacidade para expansões e futuras mudanças.

Servidor de Dados Global Estações Gerenciais Camada Corporativa Estação SERVIDOR Planejamento e Programação da Produção

Rede Corporativa Estações de OperaçãoSistemas de Otimização Servidor de Dados Camada de Supervisão Local Funções: Supervisão Otimização Armazenamento de Dados

Rede de Controle Controladores Programáveis Equipamentos Camada de Controle inteligentes Funções: Controle Sequenciamento Intertravamento

Rede de Campo Camada de Instrumentação Funções: Controle Medição Sensores Atuação Atuadores Dispositivos inteligentes Figura 3.1_2 - Arquitetura típica de um sistema de automação distribuída em camadas

Discutiremos a seguir cada uma das camadas: I n t e g r a ç ã o Gestão Programação e Gestão da Produção

Otimização Supervisão Sistemas de Supervisão IHMs Modelos Matemáticos Sistemas Especialistas Lógica Fuzzy Redes Neurais Controle Multivariável Controle Avançado Controle Controladores Programáveis Intrumentação Sensores, Transdutores e Atuadores

Sistemas Corporativos Intranet e Internet Bancos de Dados Figura 3.2_1 - A pirâmide de camadas da automação 3.2.1. Camada de Instrumentação A primeira camada, analisando a pirâmide a partir da base, é denominada camada de instrumentação. Ela é composta por: - Sensores que realizam as medidas do processo com base em fenômenos físicos; - Transdutores que traduzem estas medidas em sinais elétricos ou conjunto de bits para que - Atuadores que agem sobre o processo sob o comando dos controladores.

É sem dúvida a mais importante das camadas reafirmando Connvell, 1988: "Todo controle começa com a medição e a Qualidade do Controle não será maior que a Qualidade da Medição". Esta frase retrata a necessidade de um projeto de instrumentação que realmente garanta a confiabilidade dos sinais das variáveis medidas e controladas para as camadas superiores. Da mesma forma, a confiabilidade da performance dos elementos final de controle, é indispensável para bom o desempenho do processo.

A instrumentação de campo é uma área de interface crítica entre o processo e o sistema de automação onde um trabalho integrado de projeto, manutenção e operação buscam garantir a fidelidade dos sinais para as funções de regulação e controle avançado.

Os fabricantes de instrumentos disponibilizam versões de instrumentos nas tecnologias analógica e digital. A escolha da tecnologia depende obviamente da aplicação e da relação custo benefício.

A tecnologia analógica convencional realiza a interligação dos instrumentos aos dispositivos de controle através de cabos, como mostrado na figura 3.2.1_1. Os sinais de entrada e saída são

tipicamente correntes de 4 a 20 mA (analógicas) e tensões de 0 a 127 Vca ou 24 Vcc (discretas). Este tipo de tecnologia possui algumas desvantagens como: - Utilização de grande quantidade de cabos (2 ou 4 cabos por instrumento); - Necessita de cartões de entrada e saída para realizar a interface com o controlador; - Maior vulnerabilidade a desgaste, interferência eletromagnética e mau contato; - Outras.

Sistema de Supervisão Controlador Figura 3.2.1_1 ? Interligação convencional de instrumentos A tecnologia digital oferece alguns diferenciais, sendo o mais interessante a possibilidade de interligação dos instrumentos em rede, como mostra a figura 3.2.1_2. Mesmo optando pela tecnologia analógica, é possível conectar os instrumentos em rede através de conversores de sinais. Entretanto, as características e funcionalidades da tecnologia digital não estarão presentes. A tecnologia digital oferece algumas vantagens como: - Redução drástica da necessidade de cabos e cartões de controladores; - Realização de diagnósticos dos instrumentos e emissão de alarmes e mensagens; - Desenvolvimento de estratégias de controle no próprio instrumento; - Outras.

Sistema de Supervisão Controlador Rede de Campo Figura 3.2.1_2 ? Interligação de instrumentos em rede

Com a possibilidade de elaborar e executar estratégias de controle no nível dos instrumentos, como ilustrado na figura 3.2.1_3, é necessário definir a hierarquia de controle na etapa de projeto. O controle pode ser executado no nível dos controladores ou no nível dos instrumentos. Caso optemos por realizar o controle no nível dos instrumentos, o controlador é dispensável?

Medidor Atuador

Figura 3.2.1_3 ? Estratégia de Controle executada no nível dos instrumentos 3.2.2. Camada de Controle Esta camada é composta por dispositivos controladores. O controlador é um computador dedicado que executa diversas lógicas de controle em tempos da ordem de 50 ms. As configurações são modulares e devem atender as necessidades do processo. A figura 3.2.2_1 mostra uma configuração, que normalmente possui: instalados em painéis.

Figura 3.2.2_1 ?Controlador Programável montado em um painel A maioria dos controladores industriais utiliza eletricidade ou fluido pressurizado, tais como óleo ou ar, para a transmissão dos sinais. Os controladores também podem ser classificados, de acordo com o tipo de sinal empregado na operação, como controladores pneumáticos, controladores hidráulicos ou controladores eletrônicos. A espécie de controlador a ser utilizada deve ser decidida

com base no tipo de processo a controlar e nas condições de operação, incluindo considerações como segurança, custo, disponibilidade, precisão, confiabilidade, peso e dimensão.

A figura 3.2.2_2 traz uma configuração típica de um sistema de controle industrial que consiste em um controlador automático, um atuador, um processo a controlar e um sensor (elemento de medição). O controlador detecta o sinal de erro atuante e aciona o atuador. O atuador por sua vez, produz o sinal destinado a agir sobre o processo, de acordo com o sinal de controle, de tal modo que o sinal de realimentação tenda ao valor do sinal de referência. O valor do ponto de ajuste do controlador (set point) deve ser convertido em um sinal de referência com as mesmas unidades que o sinal de retroação proveniente do sensor ou elemento de medição.

Sinal de Referência Sistema de Supervisão (Set point) Detecção do Erro / Processamento da Controlador Lógica de Controle Valor da Variável de Processo Sinal para o Atuador

Atuador Medidor PROCESSO Figura 3.2.2_2 ? Configuração de um sistema de controle industrial Sistemas de controle modernos seguem uma arquitetura distribuída, com mostrado na figura 3.2.2_3.

Unidade Principal com: Fonte CPU Cartão de Rede (caso necessário) Sala de Operação Rede de Controle

Unidade Remota com: Fonte Cartão de Rede Cartões de Entrada/Saída Sala Elétrica Área X Unidade Remota com: Fonte Cartão de Rede Cartões de Entrada/Saída Sala Elétrica Área Y CHÃO-DE-FÁBRICA CHÃO-DE-FÁBRICA Figura 3.2.2_3 ? Arqutietura de de um sistema de controle distribuído

Uma unidade principal é instalada próximo ou mesmo na sala de operação. Esta unidade contém uma fonte de alimentação, CPU e cartão de rede (caso a CPU não possua a conexão para rede exigida). A CPU é reponsável por realizar o processamento necessário a todas as áreas do processo. A comunicação com as demais unidades é realizada através da rede de controle. As unidades remotas, por sua vez, são instaladas nas salas elétricas próximo às áreas do processo. Estas unidades, que não possuem CPU, desempenham a tarefa de interface com a instrumentação.

Desde a década de 80, os fabricantes de sistemas de automação têm disputado o mercado oferecendo sistemas de controle e supervisão baseados nas seguintes tecnologias: - CLP (Controlador Lógico Programável) + interface gráfica SCADA (Sistema de Supervisão - Sistema híbrido.

O CLP teve suas origens na indústria automobilística e é indicado para aplicações com predominância de variáveis discretas. Está presente também nos segmentos de mineração, alimentício, têxtil, siderúrgico, etc.

O SDCD teve suas origens na indústria petroquímica e é indicado para aplicações com predominância de variáveis analógicas. Está presente também no segmento de papel e celulose.

Na década de 90, alguns fabricantes lançaram sistemas híbridos, como o resultado da concatenação das potencialidades de ambas as tecnologias, CLP e SDCD, em um só produto.

A seguir, são apresentadas as principais características das três arquiteturas, que comumente estão presentes nos produtos de maior penetração no mercado. Eventualmente poderão ser notados alguns PLC+SCADA SDCD Sistema Híbrido Fornecimento por projeto de integração de hardware e software: CPU e módulos de CLP, estações de engenharia e operação, redes de comunicação, softwares, engenharia básica e detalhada, configuração e Fornecimento por projeto de integração de hardware e software: CPU e módulos de SDCD, estações de engenharia e operação, redes de comunicação, softwares, engenharia básica e detalhada, configuração e Fornecimento por projeto de integração de hardware e software: CPU e módulos de CLP e SDCD, estações de engenharia e operação, redes de comunicação, softwares, engenharia básica e detalhada, Tecnologia aberta atendendo os padrões de mercado com liberdade de Hardware e software padrão de mercado permitindo agilidade de CPU e remotas de CLP distribuídas pelas áreas do processo para atender variáveis CPU e remotas de SDCD distribuídas pelas áreas do processo para atender variáveis CPU e remotas de CLP distribuídas pelas áreas do processo para atender variáveis discretas e CPU e remotas de SDCD para atender variáveis Possiblidade de redundância com duplicação de CPU, fontes e cartões de entradas e saídas

PLC+SCADA SDCD Sistema Híbrido Evolução, migração e/ou adaptação para a plataforma Windows NT tendo sido originalmente concebidos para sistemas como DOS, Windows 3.X, OS2, etc. Nem todos os sistemas utilizam extensivamente os recursos disponíveis da plataforma NT Alguns produtos ainda utilizam a plataforma VMS, UNIX e outras, que não se consolidaram como tendência no mercado mundial. A maioria dos sistemas já estão Utilização da plataforma Windows NT como ambiente nativo empregando todos os recursos e tendências recentes em termos de aplicativos, arquiteturas, padrões de comunicação, redes, drivers, Alta eficiência no tratamento de variáveis discretas com funções dedicadas à manipulação dessas variáveis. Crescente melhoria no tratamento de variáveis Alta eficiência no tratamento de variáveis analógicas com funções dedicadas à manipulação dessas variáveis. Crescente melhoria no Alta eficiência no tratamento de variáveis analógicas e discretas com funções dedicadas à manipulação de ambas as Requer maior esforço de configuração e manutenção, sendo geralmente necessário, um profissional para realizar a programação do nível de controle e outro para configurar Redução do esforço de configuração sendo que um único profissional pode realizar a programação do nível de controle Redução do esforço de configuração sendo que um único profissional pode realizar a programação do nível de controle Bases de Dados de Tempo Real localizadas no nível de supervisão e no nível dos controladores, o que dificulta a construção e manutenção da consistência e da confiabilidade Bases de Dados de Tempo Real localizadas no nível dos controladores, o que facilita a construção e manutenção da consistência e da confiabilidade Bases de Dados de Tempo Real localizadas no nível dos controladores, o que facilita a construção e manutenção da consistência e da confiabilidade Capacidade de gerenciar Bases de Dados de Tempo Real com aproximadamente 15.000 pontos de I/O sem comprometimento de performance. (*) Capacidade de gerenciar Bases de Dados de Tempo Real com aproximadamente 50.000 pontos de I/O sem comprometimento de performance. (*) Capacidade de gerenciar grandes Bases de Dados de Tempo Real com aproximadamente 50.000 pontos de I/O sem (*) Execução da lógica de processo, intertravamentos, controle Execução da lógica de processo, intertravamentos, controle convencional e controle Execução da lógica de processo e intertravamentos nos CLP e execução das estratégias de controle convencional e avançado (*) Estes valores podem variar em função do hardware e software utilizado.

Em resposta à pergunta do item anterior, mesmo com a possibilidade de desempenhar o controle no nível dos instrumentos, é interessante contar com o controlador para realizar as tarefas de supervisão da rede de campo, seqüenciamento e intertravamento.

3.2.3. Camada de Supervisão A camada de supervisão é composta por computadores dotados de softwares cuja função é permitir ao operador uma completa visualização do processo, como ilustra a figura 3.2.3_1.

Figura 3.2.3_1 ? Sistema de Supervisão Tais sistemas são denominados sistemas SCADA - Supervision Control and Data Acquisition ou sistemas mais simples como as IHM - Interface Humano/Máquina. Estes sistemas possibilitam o desenvolvimento de aplicativos gráficos para representar através de desenhos a dinâmica do processo além de prover uma série de funcionalidades como as apresentadas na figura 3.2.3_2.

Drivers de Comunicação ReceitasRelatórios Alarmes Gerenciador de Tarefas Tempo Real Base de Dados em Tempo Real

Tendência Segurança Telas Gráficas Figura 3.2.3_2 - Funcionalidades de um sistema de supervisão As funcionalidades dos sistemas de supervisão são descritas brevemente. Estas funcionalidades podem variar na forma de configuração, de acordo com o fabricante, sendo mais, ou menos amigável, e conseqüentemente menos, ou mais aberta. Em geral, a facilidade de configuração da tarefa é inversamente proporcional à sua abertura.

Driver de Comunicação O termo driver é utilizado para denominar a interface de comunicação entre as estações de operação e os controladores.

A quantidade de drivers suportada por cada software supervisório difere de acordo com o fabricante. A priori, é possível realizar a comunicação de uma estação de operação com mais de um tipo de controlador.

Ao configurar o driver de comunicação, deverá ser observada a distribuição dos dados na base de dados em tempo real do controlador, para adequar a periodicidade de leitura à característica temporal dos grupos de variáveis. As leituras poderão ser realizadas por tempo ou por exceção. Uma configuração adequada do driver pode resultar em ganhos significativos de tempo na comunicação.

Telas gráficas Figura 3.2.3_3 ? Ambiente do editor de telas gráficas Os sistemas de supervisão possuem ferramentas para desenvolvimento de telas gráficas que constituirão a interface do sistema com o usuário. As telas podem ser divididas em telas de sinóticos, telas de operação e telas de utilidades (alarmes, relatórios, diagnósticos, gráficos, etc.).

A configuração das telas do sistema deve atender a alguns princípios de ergonomia como a cor de fundo que deverá ser selecionada de modo a não fatigar o usuário que passará horas diante do monitor. Outro ponto a ser observado é o emprego de cores muito claras desgastam com maior rapidez a tela do monitor.

Os desenhos dos objetos deverão, sempre que possível, seguir um padrão. Desta forma, em qualquer área atendida pelo supervisório, equipamentos da mesma espécie serão representados pelo mesmo

símbolo. Os softwares de configuração de sistemas supervisórios geralmente possuem bibliotecas de objetos que podem ser exploradas.

A alocação dos objetos pela área útil da tela deverá ser distribuída, evitando a concentração em determinadas áreas. Telas excessivamente carregadas com objetos e textos podem dificultar a compreensão das informações por parte do usuário, além de provocar atrasos na atualização das informações da tela.

Os recursos gráficos do software devem ser explorados ao máximo. São eles: cópia, duplicação, eliminação, seleção de objetos, seleção de cores, facilidades para confecção de textos e figuras, recursos de ampliação, grid, alinhamento de objetos, recursos de multimídia, etc.

Base de dados em Tempo Real A Base de dados é um repositório de dados do sistema de supervisão atualizado em tempo real. Para o cadastramento da base, deverá ser realizado um levantamento de todas as variáveis envolvidas na tarefa de supervisão e controle.

Para cada variável, deverão ser definidos: - o nome da variável (tag) dentro do limite máximo de caracteres do software; - a descrição sucinta da variável dentro do limite máximo de caracteres do software; - o valor da zona morta.

Alarmes O texto do alarme deverá conter no mínimo: Cada tela deverá conter uma faixa dos alarmes mais recentes. Deverão ser construídas telas separadas para os alarmes ativos e histórico de alarmes.

A tela de alarmes ativos deverá conter todos os alarmes do sistema durante um período definido. Os alarmes deverão ser diferenciados por cores, modo piscante e emissão sonora (definidos no padrão), para facilitar a identificação do defeito ou ocorrência. O conteúdo desta tela deverá ser configurável, com a possibilidade de separação dos alarmes por classes, categorias ou chaves de

seleção. Deverá também apresentar recursos para paginação, seleção, reconhecimento e eliminação de alarmes, direcionamento para impressora ou arquivo, habilitação/desabilitação de alarmes sonoros.

A tela histórico de alarmes deverá possibilitar o resgate dos alarmes ocorridos, a partir da data corrente até uma determinada data. O conteúdo desta tela também deverá ser configurável, com a possibilidade de separação dos alarmes por classes, categorias ou chaves de seleção. Deverá também apresentar recursos para paginação, seleção e eliminação de alarmes, direcionamento para impressora ou arquivo.

O gerenciamento dos arquivos de históricos é importante afim de não ocupar espaço desnecessariamente no disco rígido do computador. Os arquivos podem ser armazenados em disquetes e posteriormente eliminados. A figura 3.2.3_4 mostra uma tela de alarmes.

Relatórios Os relatórios do sistema deverão ter seu conteúdo e formatação definidos previamente à configuração. A tela de relatórios deverá apresentar a relação de relatórios emitidos pelo sistemas e botões para a comandar geração destes.

É desejável que o usuário possa visualizar o conteúdo do relatório antes de solicitar a impressão, bem como realizar alterações e adicionar comentários. Deverá ser prevista ainda, a possibilidade de direcionamento do conteúdo do relatório para arquivos.

Os constantes insucessos nas implementações de relatórios em sistemas de supervisão, mostraram que este não é o ambiente adequado para suportar tal funcionalidade. É interessante contar com um computador à parte, no qual deve ser instalado um banco de dados. O banco de dados será o responsável por armazenar e organizar os dados, aliviando a base de dados em tempo real do sistemas de supervisão. Um software específico deverá ser utilizado para a elaboração dos relatórios.

Tendência Os gráficos de tendência apresentam o comportamento dinâmico de variáveis em períodos definidos pelo usuário.

Os gráficos deverão possibilitar a seleção das variáveis apresentadas, seleção da cor da pena, seleção do período e escala de apresentação, bem como recursos de deslocamento no tempo, ampliação, congelamento, barra de valores instantâneos, etc.

Receitas Receita é um conjunto de parâmetros pré-definidos do sistema para ser enviado ao CLP. Esta tarefa é de grande utilidade em processos em batelada.

A tarefa deverá ser configurada de forma a possibilitar o envio da receita ao CLP sem interrupção da operação, modificar parâmetros durante a operação e resgatar o conjunto de parâmetros modificado como uma nova receita.

Deverá ser estabelecida uma estratégia de segurança operativa implementada através de senhas com 2 (dois) níveis de restrição: permissão de acesso do usuário somente às áreas permitidas, e acesso do usuário somente aos comandos permitidos.

3.2.4. Camada de Otimização O principal objetivo da otimização é eleger índices de desempenho e realizar modificações nos recursos instalados (equipamentos e instrumentos) e práticas operacionais a fim de maximizar ou minimizar estes índices.. A redução de custos, o aumento da quantidade produzida e a melhoria da qualidade dos produtos são índices comuns para otimização.

Antes de apresentar algumas das técnicas de otimização, é importante entender como opera um sistema de otimização. A figura 3.2.4_1 ilustra uma possível configuração:

Estação de Otimização Estação de Operação Rede de Controle Controlador Programável Figura 3.2.4_1 ? Sistema de otimização operando junto ao sistema de controle e supervisão Consideremos, inicialmente, o sistema de otimização desativado. Neste caso, os set-points do processo são definidos pelo operador, que possui em sua mente as regras e estratégias operacionais para atender as metas e condições estabelecidas pela produção. Na maioria das vezes, estes set- points permanecem fixos ou sofrem pequenas alterações ao longo do turno de serviço do operador. Sem entrar no mérito da questão, é possível imaginar que devem haver outras combinações de set- points, distintas das usadas pelo operador, que proporcionam melhores rendimentos.

Quando o sistema de otimização é ativado, os set-points do processo passam a ser definidos por ele. O sistema de otimização buscará, a todo instante, a melhor combinação de set-points a fim de obter os melhores rendimentos para o processo.

Sistemas de otimização podem utilizar diversas tecnologias, das quais podemos relacionar as mais utilizadas: - Controle Avançado.

Segue uma breve explanação sobre estas técnicas, já estudadas em outras disciplinas do curso: Modelagem Matemática Um modelo matemático reproduz a dinâmica entre variávies entradas e saídas de um processo real. São várias as possibilidade de representação, conforme estudado: - Etc.

Um bom modelo permite a realização de simulações computacionais a fim de verificar o comportamento do processo para entradas específicas, sem ter que necessariamente, submeter o processo real a tais circunstâncias.

Permitem também a estimação de variáveis do processo e a elaboração das estratégias de controle, conforme abordado no item Controle Avançado.

Inteligência Artificial As técnicas de Inteligência Artificial podem ser utilizadas como alternativa ou mesmo apoio aos sistemas de automação, nos procedimentos de diagnóstico, tomada de decisão e estimação de variáveis.

A base de um sistema de otimização que utiliza Inteligência Artificial pode ser um Sistema Especialista, sobre o qual podem ser inseridos módulos de Lógica Nebulosa e Redes Neurais. Nesta configuração, o Sistema Especialista contemplará as regras operacionais e as estratégias de otimização e utilizará as variáveis recebidas do processo para desempenhar suas tarefas. O bom desempenho do Sistema Especialista depende do bom desempenho da instrumentação do processo, ou seja, as variáveis devem ser precisas. Como a qualidade dos dados do processo não pode ser amplamente garantida, pode haver a necessidade de tratar as variáveis imprecisas utilizando a Lógica Nebulosa. Outro problema ainda pode ocorrer: a ausência de variávies importantes para a otimização. Neste caso, podem ser utilizadas Redes Neurais para estimá-las.

Sistemas Especialistas são programas computacionais desenvolvidos a partir do conhecimento dos especialistas, para resolver problemas num domínio restrito. O conhecimento extraído dos especialistas é formalizado e codificado numa Base de Conhecimento. A utilização de um Sistema Especialista para resolver um problema consiste em manipular este conhecimento através do uso de silogismos lógicos, derivando novos conhecimentos, estendendo assim a Base de Conhecimento. Sistemas Especialistas são utilizados para resolver problemas para os quais não existe uma solução algorítmica viável. Tais problemas envolvem, geralmente, conhecimento extenso, freqüentemente difuso e empírico. Uma outra característica importante da classe de problemas abordáveis pelos Sistemas Especialistas é o papel importante desempenhado pelo conhecimento heurístico disponível sobre o problema.

A Lógica Nebulosa é uma técnica que possibilita trabalhar com o conhecimento incerto e impreciso, permitindo que se retirem conclusões sobre situações que não dominamos completamente. Ela possui uma estrutura que incorpora alguns dos mecanismos de inferência humanos, sendo muito

adequada ao desenvolvimento de sistemas de controle inteligentes, pois permite que o conhecimento de peritos possa ser traduzido de maneira direta em um algoritmo de controle e decisão.

As Redes Neurais são aproximadores universais capazes gerar valores aproximadamente corretos para entradas arbitrárias que não faz parte do subconjunto de treinamento padrão. As redes neurais podem ser utilizadas para substituir modelos matemáticos, filtros e estimadores de modo geral. Ela necessita de uma massa de dados do processo para realizar a etapa de treinamento. São utilizadas em aplicações de Controle de processos, Controle de qualidade, Reconhecimento de voz, escrita e caracteres, etc.

Controle Avançado As técnicas de Controle Avançado consistem em estratégias de controle elaboradas com base em algoritmos avançados do tipo multivariável, adaptativo e preditivo.

A estratégia de controle multivariável contrasta com o controle convencional no sentido de que a primeira é aplicável a sistemas com entradas e saídas múltiplas, lineares ou não-lineares, variantes ou invariantes no tempo, enquanto a última é aplicável apenas aos sistemas monovariáveis (uma única entrada e uma única saída), lineares e invariantes no tempo. Além disso, a estratégia de controle multivariável é uma abordagem centrada essencialmente no domínio do tempo, enquanto a o controle convencional adota um enfoque no domínio de freqüência. A figura 3.2.4_2 apresenta os sistemas mono e multivariáveis.

entrada Função de Transferência saída (a) entrada 1 entrada 2 .

entrada N FT 11 FT 12 ... FT 1M FT 21 FT 22 ... FT 2M FT N1 FT N2 ... FT NM saída 1 saída 2 .

saída M (b) Figura 3.2.4_2 - Sistemas (a) mono e (b) multivariáveis O estado de um sistema dinâmico é o menor conjunto de valores de variáveis (chamadas variáveis de estado) de modo que o conhecimento destes valores em t = t0, junto com o conhecimento dos valores do sinal de entrada para t >= t0, determina completamente o comportamento do sistema em qualquer instante t >= t0.

Em alguns sistemas de controle, certos parâmetros não são constantes ou variam de uma maneira não conhecida. Há formas de minimizar os efeitos de tais contingências projetando um controlador para sensibilidade mínima (sensível a pequenas variações). Se, entretanto, as variações dos parâmetros são grandes ou muito rápidas, pode ser desejável projetar um controlador com a capacidade de identificar estas variações continuamente e ajustar seus parâmetros de sintonia (Kp, Ti

e Td) de modo que os critérios de desempenho estabelecidos para o sistema sejam sempre satisfeitos. Isto é chamado sistema de controle adaptativo.

A figura 3.2.4_3 mostra um diagrama de blocos de um sistema de controle adaptativo. Os parâmetros A e B da planta são variantes no tempo. O módulo designado por Identificação e Ajustamento dos Parâmetros mede continuamente a entrada M(s) e a saída C(s) da planta, para identificar os parâmetros A e B. Desta maneira, os parâmetros de sintonia do controlador (Kp, Ti e Td) podem ser modificados por este módulo para satisfazer as especificações do sistema. O projeto do módulo de Identificação e Ajustamento dos Parâmetros é o problema maior do controle Identificação e Ajustamento dos Parâmetros R(s) E(s) +_ K (1 + T s + T T s 2 ) p i id Ts i M(s) 1 s 2 + As + B C(s)

Figura 3.2.4_3 - Diagrama de blocos de um sistema em malha fechada com controlador PID adaptativo Apesar da técnica de controle adaptativo não ser nova, sua implementação em software é recente. Os produtos recebme a denominação de self-tuning ou auto-tuning. Podem constituir ferramentas de sintonia de controladores independentes ou estar incorporadas em sistemas de controle e supervisão industriais. O processo de auto sintonia pode ser executado automaticamente toda vez que o erro entre o set-point e a saída do sistema ultrapassar um valor determinado pelo usuário, ou ser executado somente ao comando do usuário.

A estratégia de controle preditivo visa determinar o valor da entrada do sistema (excitação) de modo que o erro entre a saída e o set-point seja minimizado dentro de um determinado número de amostragens futuras. Esta afirmação equivale dizer que o sistema deverá ser capaz de predizer os futuros valores da variável de saída.

A função preditiva é tarefa do modelo matemático. Portanto, o sucesso do controlador preditivo está diretamente relacionado à capacidade do modelo matemático em predizer com precisão razoável o valor da entrada (excitação) do processo a ser aplicada no próximo instante para que a saída diste o mínimo do set-point. Através da realimentação o sistema de controle verifica a todo instante a performance e a robustez do controlador e se ajusta para minimizar o erro. Modelo Matemático

R(s) E(s) +_ Controle da Excitação M(s) Planta C(s)

Figura 3.2.4._4 - Diagrama de blocos de um sistema em malha fechada com controlador preditivo

Nesta camada concentra-se a programação e a gestão da produção. Para realizar tais tarefas, o corpo administrativo das empresas utiliza poderosas ferramentas de software, baseadas no conceito ERP: Enterprise Resource Planning ou Planejamento dos Recursos do Empreendimento.

ERP é uma arquitetura de software que facilita o fluxo de informações entre todos os departamentos da empresa e suas atividades, tais como fabricação, logística, finanças e recursos humanos. É um sistema amplo de soluções e informações. A figura 3.2.5_1 mostra o conceito de integração ERP, onde um banco de dados único operando em uma plataforma comum interage com um conjunto integrado de aplicações consolidando todas as operações do negócio em apenas um ambiente computacional.

Figura 3.2.5_1 ? Conceito de integração ERP A implantação do ERP traz vantagens como: - Otimização do fluxo da informação e da qualidade da mesma dentro da organização - Redução dos tempos de resposta ao mercado.

A implantação de um sistema ERP pode, contudo, ser bastante complexa e sujeita a turbulências caso não esteja adequada ao ambiente da empresa, em razão das mudanças provocadas. Algumas mudanças podem ser necessárias na organização como: - Eliminação das funções em duplicidade e fluxos de informação mal definidos; - Desenvolvimento de um sistema adicional para estabelecer a interface com o nível de chão- de-fábrica.

Diante da pouca flexibilidade de comunicação do ERP com o chão-de-fábrica, torna-se necessário, algumas vezes, desenvolver um sistema denominado MES (Manufacturing Execution System). O MES funciona como uma camada intermediária, que processa as informações brutas do chão-de- fábrica que vão para o ERP, e no sentido inverso, processa as informações vindas do ERP adequando-as aos padrões do chão-de-fábrica. A natureza das interfaces dependerá das regras de negócio e estratégias de informatização da organização.

Além de estabelecer esta interface, o MES desempenha outras tarefas como o sincronismo do trabalho, máquinas, ferramentas e recursos (ver figura 3.2.5_2). Baseado em informações atuais e históricas do processo, os gerentes de produção definem os procedimentos e os recursos que serão utilizados para atender as ordens de produção, vindas do ERP, em tempo, quantidade e qualidade requerida.

ERP (Enterprise Resource Planning) Planejamento da Produção Gestão do Patrimônio

Gestão da Manutenção Gestão de Dispositivos Gestão das Receitas Assistência à Operação

Gestão da Segurança Planejamento Gestão da Informação Simulação Otimização Modelagem Controle Avançado

Execução do Controle Comunicação com o campo Sub-sistemas Figura 3.2.5_2 ? Funcionalidade de um sistema MES O sistema MES possui 11 funcionalidades conforme definido pela MESA (Manufacturing Execution Systems Association): 1. Alocação de recursos (energia, matéria-prima, material em processo) e status do processo; 11. Análise de performance.

A implantação de um sistema MES começa pela aquisição e armazenamento de dados. As ferramentas que realizam estas tarefas no chão-de-fábrica são denominadas PIMS, Plant Information Management System ou Sistema de Gestão das Informações da Planta. Nos laboratórios, a ferramenta é denominada LIMS.

PIMS O PIMS é uma infra-estrutura utilizada para o gerenciamento dos dados de processo, que possibilita a utilização da informação nos diversos níveis: operação, supervisão, manutenção, produção, gestão, qualidade dentre outros, constituindo um grande recurso para a empresa.

O PIMS coleta os dados da planta através de sistemas de controle automatizados como SDCD, CLP, SCADA ou diretamente de outras fontes. Os dados são direcionados para o sistema PIMS, armazenados em um banco de dados em tempo real, compactados e transformados em informações úteis. Telas interativas criadas pelo usuário tornam as informações disponíveis para quando for

preciso. O PIMS pode armazenar uma quantidade sem limite de dados, todas em sua formatação original, virtualmente para sempre.

Com o PIMS, todos os níveis da empresa ganham um ilimitado acesso às informações em tempo real, ajudando a tomar melhores decisões de negócios. Embora o PIMS tenha sido usado principalmente em indústrias de processos, sua flexibilidade e sofisticação de recursos fazem dele um ativo valioso em qualquer lugar onde informações importantes necessitem ser gerenciadas com precisão.

O sistema PIMS deve possuir, no mínimo, as seguintes funcionalidades: - Interfaces com o processo: conexões bidirecionais de alta velocidade (drivers) às fontes de - Conectores com o nível corporativo: conexões bidirecionais com o sistema corporativo para o intercâmbio das informações, distribuindo os dados ou seus históricos entre o ERP e os bancos de dados externos ao sistema, sem necessitar armazená-los em bancos de dados - Interface gráfica com o usuário: representação gráfica dos dados de processo de forma dinâmica e interativa incluindo sinóticos, animações, tendência histórica e/ou instantânea, gráficos diversos, etc. Suporte para visualizar informações de diversos sistemas PIMS - Conector com planilha eletrônica: conexão bidirecional com softwares de planilha eletrônica como o MS-Excel ou Lotus, permitindo a recuperação de dados armazenados no sistema PIMS. Possibilidade de geração de relatórios complexos, gráficos utilizando dados históricos - Interfaces com coletores de dados: permite a entrada manual de dados no sistema PIMS - Interface WEB: permite a criação de páginas html para exibir telas gráficas contendo - Banco de dados em tempo real: banco de dados em tempo real com a capacidade de armazenar e compactar os dados por longos períodos de tempo, em um único servidor, sem - Segurança: permite restringir o acesso aos dados e funcionalidades através de senhas. Cada usuário possui atributos específicos, de acordo com a sua atividade, para definir o nível de intervenção sobre o sistema: visualização, e/ou alteração dos dados e/ou configuração do - Organizador por grupos: permite organizar o conteúdo de dados do PIMS por grupos de modo a facilitar a sua utilização por usuários de áreas distintas em programas e telas. - Módulo estatístico: permite realizar cálculos estatísticos em tempo real para os dados armazenados no sistema PIMS. Permite o cálculo de diversos parâmetros (desvios, médias, etc) além de permitir a construção de diversos gráficos estatísticos (tendências, histogramas, - Módulo batelada: utilizado para visualizar os dados armazenados no PIMS a partir de processos de fabricação associados por lotes: número do lote ou batelada, produto e unidade - Módulo de cálculo avançado: permite a elaboração de cálculos complexos em ambiente externo, como por exemplo, a linguagem de programação Visual Basic. Permite a criação de - Sumário de alarmes: sumariza as informações do servidor de alarmes e as exibe na forma de - Reconciliador de dados: valida as informações de produção, verifica a qualidade dos dados e garante a produção de dados limpos, consistentes e confiáveis.

LIMS O sistema LIMS (Laboratory Information Management System ou Sistema de Gestão das Informações do Laboratório) é uma infra-estrutura utilizada para o gerenciamento dos dados do laboratório.

O LIMS supre as necessidades de empresas em que as atividades do laboratório exigem um sistema com alto grau de flexibilidade em termos de configuração. Capaz de simular os fluxos de trabalho do laboratório, foi projetado para ser configurado nas estações clientes, sem comprometer a segurança do sistema e sem necessidade de customização. A implementação de um sistema LIMS permite a geração de dados a serem transformados em valiosas informações para tomada de decisões.

O LIMS coleta os dados de amostras diretamente dos equipamentos de laboratório utilizando drivers específicos e/ou genéricos. Os dados são direcionados para um banco de dados relacional, onde são armazenados. A interface com o usuário proporciona uma estrutura de organização que permite o usuário interagir com os dados e informações de cada amostra de maneira simples e bastante amigável.

O sistema LIMS, além de desempenhar as atividades específicas do laboratório, pode ser integrado ao sistema PIMS para auxiliar a tarefa de controle da produção, consolidando as informações da qualidade e integrando-as ao sistema de gestão empresarial. Oferece também, respaldo para o cumprimento dos requerimentos regulatórios para a armazenagem de longo prazo e reutilização da informação.

O sistema LIMS deve possuir, no mínimo, as seguintes funcionalidades: - Interfaces específicas com equipamentos de laboratório: conexões (drivers) às fontes de dados, equipamentos de laboratório, que utilizam um padrão de comunicação aberto. - Interfaces genéricas com equipamentos de laboratório: conexões (drivers) às fontes de dados, equipamentos de laboratório, que não utilizam um padrão de comunicação aberto. Nestes casos, é necessário utilizar um processo de leitura genérico, que possibilite a conversão de - Interface com outros sistemas de informação: os dados do sistema LIMS deverão estar disponíveis em um banco de dados relacional e poderão ser acessados, via ODBC por - Interface amigável com o usuário: permite a organização das informações em pastas, numa estrutura do tipo árvore, com a possibilidade de visualização seletiva através de filtros de - Gestão do fluxo de amostras do laboratório: toda a dinâmica do laboratório deve ser gerida pelo sistema LIMS: recebimento das amostras; alocação das amostras em pastas organizadas por etapa do processo; indicação do(s) teste(s) a realizar; responsável por cada teste; procedimento de teste(s); resultados obtidos; indicação do status de cada amostra com - Segurança: permite restringir o acesso aos dados e funcionalidades através de senhas. Cada usuário possui atributos específicos, de acordo com a sua atividade, para definir o nível de intervenção sobre o sistema: visualização, e/ou alteração dos dados e/ou configuração do - Geração de relatórios: permite a geração de relatórios padronizados ou configuráveis pelo usuário, em padrão próprio ou em padrão exportável para planilhas eletrônicas.

A integração é fundamental para a troca de dados entre os diversos sistemas existentes no ambiente industrial. Os processos industriais trabalham sob enorme pressão para se tornarem mais lucrativos. Baixar custos é questão chave para o aumento da lucratividade. Nesse ambiente, é esperada dos funcionários e dos processos uma alta produtividade. O tempo perdido na procura de informações poderia ser utilizado para propósitos que incrementassem as vendas, reduzissem tempo de parada e desperdícios, e assim por diante.

A integração ocorre em níveis físico e lógico: - Dados e informações organizadas em banco de dados corporativos que concentram o - Informações da corporação de interesse interno e externo dispostas em recursos de intranet e - Sistemas corporativos do tipo ERP que possuem informações de todas as camadas da corporação e desempenham funções em nível estratégico.

Um sistema de automação moderno utiliza extensivamente as redes de comunicação para intercambiar dados entre os dispositivos de chão de fábrica, destes dispositivos com os controladores e sistemas de supervisão das salas de controle e destes sistemas com a área corporativa da empresa.

Para definição de uma rede de comunicação alguns aspectos devem ser observados: - Outros.

4. SEGURANÇA, CONFIABILIDADE E DISPONIBILIDADE EM SISTEMAS DE AUTOMAÇÃO

4.1. Dinâmica Operacional Atualmente, a arquitetura mais utilizada em sistemas de controle e supervisão é a arquitetura SERVIDOR/CLIENTE. Esta modalidade operacional pode ser aplicada a qualquer camada dos sistemas de automação. Como exemplo, segue uma aplicação em estações de supervisão. De acordo com a função desempenhada, uma estação de supervisão pode ser configurada como: - Estação SERVIDOR, que realiza a aquisição de dados do processo, supervisão e controle; - Estação CLIENTE, que busca dados da estação servidora e realiza apenas as tarefas de supervisão e controle. Várias estações cliente podem estar interligadas a um servidor.

CLIENTE não possuem BDTR própria, e os seus dados são referenciados a uma base localizada numa máquina SERVIDOR.

Estação SERVIDOR Estações CLIENTE BDTR Rede de Controle

Controlador Controlador Programável A Programável B

Figura 4.1_1 ? Arquitetura SERVIDOR / CLIENTE Este modo de operação possibilita a implementação de redundância para que o sistema de controle e supervisão continue funcionando mesmo que haja perda de uma das unidades de processamento. A redundância deve ser sempre implementada em sistemas que requeiram grande disponibilidade e confiabilidade. A redundância em um sistema de automação pode ocorrer nos níveis físico e lógico.

4.1.1. Redundância física No nível físico a redundância é estabelecida pela multiplicação dos equipamentos essenciais ao sistema. No exemplo da configuração da figura 4.2_1, a redundância foi implementada nos níveis de controle, comunicação e supervisão.

Estação SERVIDOR A Estação SERVIDOR B Estações CLIENTE

Rede de Controle Controlador A Controlador B Figura 4.2_1 - Redundância física

No nível de controle, dois CLP exatamente iguais (fonte, CPU e módulo de comunicação) controlam o mesmo processo compartilhando os cartões de entrada/saída. Além disso, é necessária a inclusão de um software de sincronismo em ambas as CPU. Normalmente, um sistema redundante é implementado em arquiteturas de I/O distribuído.

No nível de comunicação, duas redes interligam os CLP e as estações de supervisão. Em caso de falha em uma das vias, a comunicação permanece através da outra. É recomendável que os cabos de cada via sejam lançados em trajetórias distintas para que o motivo de uma falha não atinja os dois cabos simultaneamente.

No nível de supervisão, onde as falhas nos PC são mais freqüentes, a redundância das estações servidoras de dados de processo é usual e recomendável. Na figura, dois servidores se comunicam com o processo adquirindo dados e gerindo duas bases de dados idênticas e redundantes.

Para todas as situações, as unidades de processamento operam em paralelo e independentemente da unidade redundante (não verificam o estado de funcionamento da replica). Em caso de falha em um dos equipamentos, o outro continua executando a sua função como se nada houvesse ocorrido. Os clientes buscam dados de uma das unidades servidoras operantes. Para os usuários, a redundância é transparente.

4.1.2. Redundância lógica A redundância lógica se faz no nível das unidades de processamento, portanto entre as estações servidoras de dados e CPU dos controladores. A redundância lógica pode ser do tipo: - Voter.

Hot stand by Em modo hot stand by, o objetivo é aumentar a disponibilidade. Uma das unidades SERVIDOR trabalha como mestre e a outra como escrava. Todo o controle bem como a base de dados em tempo real é de responsabilidade da unidade mestre. O escravo funciona como um CLIENTE e busca as informações no mestre. Em caso de falha no mestre, a estação escrava assume o comando e passa a ser o SERVIDOR mestre. Esta transição é automática e transparente para o usuário.

Hot backup Em modo hot backup, o objetivo é aumentar a confiabilidade. As estações SERVIDOR redundantes operam de maneira independente e apenas os dados são replicados em ambas as unidades processadoras com o objetivo de manter o sincronismo e a consistência das informações.

Voter Em modo voter o objetivo também é aumentar a confiabilidade. As estações SEVIDOR redundantes, duas ou três, estabelecem uma votação antes da tomada da decisão. Se não há discordância na decisão a ser tomada, a mesma é efetivada. Se ocorrer discordância, a decisão deverá ser validada pela maioria, no caso de três ou mais estações, ou abortada no caso de duas estações. Em ambas as situações, um alerta deverá ser anunciado ao operador do sistema.

Os conceitos de segurança variam de acordo com o tipo da aplicação, sendo definidos por fatores físicos como: o ambiente de instalação dos equipamentos; a robustez dos sistemas de alimentação; as condições operacionais; etc. e por fatores lógicos definidos pelas necessidades de processamento aliadas á disponibilidade e confiabilidade do sistema como um todo. Alguns destes aspectos são discutidos a seguir.

4.2.1. Ambiente de instalação dos equipamentos O ambiente de instalação determinará o tipo de equipamento que poderá ser utilizado. O equipamento deverá obedecer às condições construtivas e operacionais definidas por norma para não apresentar nenhum desgaste excessivo e/ou risco ao ambiente industrial. Estes equipamentos deverão apresentar um invólucro que possuam um grau de proteção e resistência mecânica adequado para áreas classificadas.

4.2.2. Sistemas de retaguarda de energia Um sistema de retaguarda de energia ou UPS(Uninterruptible Power Suplly) garante a continuidade do fornecimento de energia elétrica em caso de falha no fornecimento da concessionária. Durante a falta de energia elétrica, o No Break continua fornecendo energia aos sistemas a ele conectados através de um conjunto de baterias próprias. Além disso, o No Break dito inteligente possui o recurso de salvar os arquivos abertos e encerrar os aplicativos em operação, protegendo além dos equipamentos, os dados e informações em uso.

Um No Break de boa qualidade deverá possuir as seguintes características: - Fornecer energia em forma de onda senoidal isolada da rede, filtrada e estabilizada; - Apresentar fácil operação com possibilidade de ligamento automático programado; - Oferecer sinalização visual e sonora para supervisão de qualquer anormalidade; - Realizar o fechamento de arquivos e o shutdown do sistema operacional automaticamente na - Possibilitar a supervisão das operações do equipamento pela tela do computador, por exemplo, data, horário, tempo em operação, medição de tensão, corrente e outros dados; - Apresentar dados estatísticos que informam sobre cada tipo de anormalidade, número - Gerar relatório que informa a data, horário e a duração das faltas de energia; - Possibilitar o gerenciamento remoto através de software 4.3. Confiabilidade O conceito de confiabilidade é traduzido pela qualidade das informações envolvidas nas decisões tomadas pelos sistemas de automação. Este conceito deve ser sempre implementado em sistemas que têm a responsabilidade de tomar decisões e que, em hipótese alguma, podem cometer erros que possam comprometer a qualidade e a segurança do processo.

4.4. Disponibilidade O conceito de disponibilidade é traduzido pelo máximo tempo de funcionamento sem interrupção dos sistemas de automação. Este conceito deve ser sempre implementado em sistemas que requerem grande disponibilidade por parte das unidades vitais de processamento e que estas unidades não possam, em hipótese alguma, deixar de funcionar podendo causar grandes prejuízos físicos e/ou financeiros.

A disponibilidade pode ser quantificada através de dois índices: - MTBF (Mean Time Between Failure) É o tempo médio entre falhas dos módulos utilizados em um sistema de automação.

- MTTR (Mean Time to Return) É o tempo médio de reposição (troca) e reconfiguração (fazer o módulo funcionar novamente) dos módulos de um sistema de automação.

5. PLANO DIRETOR DE AUTOMAÇÃO E INFORMAÇÃO Um Plano Diretor de Automação e Informática ? PDAI, estabelece as diretrizes tecnológicas e orienta os futuros investimentos de uma empresa nestas áreas. Um PDAI deve seguir as seguintes premissas: - Ser focado nos objetivos finais da empresa: ganhos de produtividade e qualidade e integração das informações de processo com os sistemas superiores, principalmente sistemas de suporte - As tecnologias e soluções propostas devem levar em consideração o princípio da adequação - As proposições devem ser focadas no processo e não na estrutura orgânica da unidade; - O plano deve considerado um horizonte de validade de 3 a 5 anos.

5.1. Abrangência de um PDAI Um PDAI deve ter a seguinte abrangência: - Analisar o estado dos sistemas atuais de instrumentação, controle, supervisão, otimização e - Estudar soluções e tecnologias aplicáveis aos processos existentes; - Definir um modelo conceitual de arquitetura para os sistemas de automação e informação, - Recomendar a aquisição/adoção de equipamentos, tecnologias, software, funcionalidades, protocolos, padrões, interfaces, etc., buscando sempre soluções e arquiteturas abertas; - Recomendar melhorias de infra-estrutura, procedimentos operacionais, planejamento e - Avaliar os projetos existentes e de novos sistemas já contemplados no planejamento - Definir as alterações nos sistemas existentes para atender ao modelo conceitual proposto; - Estudar a viabilidade da centralização da operação dos sistemas de controle e supervisão; - Levantar as oportunidades e avaliar ferramentas para uso de modelos de simulação e - Avaliar a capacitação tecnológica do pessoal de manutenção e operação para suporte e uso das novas tecnologias a serem implantadas, com sugestão de planos de desenvolvimento - Elaborar um plano de implantação;

- Elaborar um Sumário Executivo, contendo os principais pontos do plano, cronograma, custos.

5.2. Detalhamento do Plano 5.2.1. Nível de Instrumentação Levantamento de todos os equipamentos, instrumentos, dispositivos e softwares usados para monitorar, medir e controlar as variáveis de processo, explicitando suas funções e aplicações.

Definição das necessidades da instrumentação quanto a: - Adequação dos instrumentos existentes para atender a automação e sistemas de informação; - Estudo da necessidade e viabilidade da utilização de redes de campo; - Treinamento das equipes de manutenção.

5.2.2. Nível de Controle Levantamento de todos os equipamentos dispositivos e softwares usados para controlar as variáveis de processo, explicitando suas funções e aplicações.

Definição das necessidades de controle quanto a: - Identificação de áreas de processo não controladas automaticamente; - Adequação dos sistemas de controle existentes para atender a automação e sistemas de informação (capacidade de memória, linguagens utilizadas, estrutura de programas, - Treinamento das equipes de manutenção.

5.2.3. Nível de Supervisão Levantamento de campo incluindo a verificação de todos os requisitos técnicos acerca dos sistemas existentes e realização de entrevistas com o corpo técnico e usuários finais.

Definição dos requisitos funcionais dos sistemas de supervisão, a saber: - Interfaces com CLP, bancos de dados externos, equipamentos de monitoração de energia e - Treinamento das equipes de operação e manutenção.

Levantamento de todos os sistemas de otimização usados para melhorar os índices de processo, explicitando suas funções e aplicações.

Definição das necessidades de otimização quanto a: - Identificação de oportunidades de benefícios a partir da implantação de sistemas de - Adequação das estratégias de otimização existentes para atender os índices estabelecidos; - Treinamento das equipes de operação e manutenção.

5.2.5 Nível de Informação Levantamento de todos os sistemas de informação usados para coletar, armazenar e tratar dados a fim de auxiliar os sistemas de gestão do processo e da produção, explicitando suas funções e aplicações.

Definição das necessidades de informação quanto a: - Identificação de variáveis importantes não coletadas e armazenadas; - Eficiência e qualidade da comunicação com os sistemas de chão-de-fábrica e corporativos; - Treinamento das equipes de operação e manutenção.

6. ETAPAS DE UM PROJETO DE AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 6.1. Levantamento de Campo Atividade que consiste no levantamento de todas as informações necessárias para o desenvolvimento do projeto: - Análise dos percursos a serem utilizados para as redes de comunicação; - Cronograma detalhado do empreendimento.

6.2. Especificação Funcional Documento onde são descritos: - Benefícios obtidos;

6.3. Critérios de Projeto Documento onde são estabelecidas as principais diretrizes que orientarão a elaboração do projeto de automação tais como:Características principais dos equipamentos;Distribuição de tensão de controle;Padronização de cabos e bitolas;Filosofia de comandos, emergências, reservas instaladas, etc.

6.4. Fluxogramas P&I (Processo e Instrumentação) Consolidação dos fluxogramas existentes onde são substituídas as indicações da instrumentação convencional por indicações das funções executadas por software e pelas estações de operação/supervisão. Verificação da necessidade e elaboração de novos fluxogramas.

6.5. Instrumentação do fluxograma P&I Documento contendo a representação de todos os elementos de campo (sensores, transmissores, atuadores, etc) e as funções executadas por software e pelas estações de operação e supervisão para cada malha de controle/instrumento.

Documento que apresenta a distribuição dos equipamentos do sistema de automação dentro da sala de controle.

que apresenta a imagem dos módulos de E/S. Contém informações como: - Etc.

6.8. Especificação de instrumentos Documento único que se aplica à qualquer tipo de instrumento, contendo informações, critérios e características técnicas que em conjunto com as folhas de dados dos instrumentos propiciam a aquisição dos mesmos.

e características técnicas necessárias e suficientes para a aquisição dos instrumentos/equipamentos especificados, permitindo a seleção do modelo e/ou cálculo do instrumento e a sua cotação.

6.10. Folha de Especificação para o Sistema de Automação Contempla todas as informações e características técnicas necessárias e suficientes para a aquisição dos seguintes equipamentos/software: - Outros.

Elaboração/revisão dos diagramas lógicos da planta de forma a disponibilizar as seguintes informações: - Sinalizações de processo não associadas a equipamentos.

Desenhos para apoio à manutenção, que apresentam de forma esquemática a correlação entre as entradas e saídas do CLP e todos os dispositivos dos CCM (Comando e Controle de Motores), painéis locais e campo indicando a função de cada sinal, sem a finalidade de interligação e lançamento de cabos.

6.13. Diagramas de interligação Desenhos elaborados por equipamentos que mostram todas as interligações elétricas, informando identificação de cabos e condutores, bitola, régua de bornes, bornes e terminais, pontos de aterramento, para cada interligação relativa ao equipamentos (campo-CLP, CCM-CLP, campo- CCM, outros).

Este documento contempla todas as malhas de controle da planta, com definição das funções envolvidas e as interligações entre as mesmas, fazendo-se a representação de acordo com a localização física de cada instrumento ou função. O documento complementa as informações apresentadas no Fluxograma P&I.

6.15. Relação de Circuitos e Cargas Documento, elaborado para cada quadro de distribuição de tensão de controle (QDTC), contendo uma relação de todos os circuitos do quadro (com informação da capacidade de corrente de cada disjuntor) com a relação / identificação de todas as cargas ligadas a ele.

Este documento define de forma completa toda a necessidade de alimentação elétrica de tensão e controle para a instrumentação e equipamentos do sistema de automação, incluindo as cargas previstas distribuídas de acordo com os níveis de tensão, a necessidade de sistemas ininterruptos e alimentação redundante, além de determinar as proteções elétricas necessárias.

6.17. Lista de Instrumentos Este documento contempla a relação de todos os instrumentos (existentes e novos) e suas principais funções, definindo o tipo, locação física e serviço de cada instrumento.

6.18. Plantas de locação de instrumentos Este documento define a posição física e elevação de todos os instrumentos e painéis de campo para os quais exista a interligação de sinal e/ou alimentação elétrica. Além disso são localizadas as caixas de junção, o encaminhamento de eletrodutos entre instrumentos e caixas de junção e o encaminhamento de eletrodutos/dutos entre as caixas de junção e as salas de controle

Este documento relaciona todos os materiais necessários para a montagem da instalação definindo o tipo e especificação técnica do material, unidade de medida/contagem e a quantidade.

Documento que relaciona todos os cabos de interligação entre equipamentos, instrumentos, caixas de junção, CCM, painéis e outros elementos de campo.

6.21. Planilhas de Cabos Planilha identificando todos os cabos/condutores associados a cada equipamento com as suas conexões nas borneiras dos painéis existentes e as suas ligações correspondentes nas borneiras dos novos painéis facilitando o remanejamento dos cabos entre os painéis.

6.22. Lista de Cabos para lançamento Este documento relaciona todos os cabos de interligação entre equipamentos, instrumentos, caixas de junção, CCM, painéis e outros elementos de campo, com os respectivos percursos para orientar o lançamento de cabos pela montadora.

6.23. Gestão de Suprimentos Consiste no acompanhamento, etapa por etapa, de todo o processo de compra dos equipamentos, softwares e materiais de instalação elétrica fornecidos.

6.24. Análise Técnica de Propostas - Preparação de questionários objetivando a equalização técnica das propostas; - Preparação da documentação técnica final para compra.

Comentar/aprovar os desenhos enviados pelos fornecedores de equipamentos elétricos/instrumentos, antes do início da fabricação, para verificação da adequabilidade do que vai ser fabricado com o que foi especificado.

6.26. Roteiro de Aceitação Documento onde são estabelecidos procedimentos e parâmetros a para aceitação do sistema de automação durante o teste de fábrica e de plataforma.

6.27. Programação de CLP Consiste no desenvolvimento do programa do CLP, utilizando o software específico do fabricante, contendo a lógica de comando, sequenciamento, controle e sinalização dos equipamentos/instrumentos e outros dispositivos. Associados à lógica teremos: - Mapa de memória.

Desenvolvimento de software de comunicação para interfacear os dispositivos 6.30. Testes de Plataforma Montagem de uma plataforma contendo os dispositivos mínimos necessários de hardware e software da configuração para: - Testes nas lógicas relativas às áreas de interface, alarmes, etc.; - Análise da performance do Sistema.

6.31. Elaboração de Manuais Estes documentos têm como objetivo funcionar como material complementar aos treinamentos e subsidiar a operação e manutenção de sistema após a sua entrega. São desenvolvidos os seguintes manuais: - Manual de manutenção de software de supervisão;

6.32. As-Built 6.33. Implantação do Sistema A Implantação do Sistema é realizada de acordo com o planejamento definido e compreenderá as seguintes etapas: Supervisão de Montagem Compreende a supervisão da montagem e das ligações e energizações dos equipamentos do sistema de automação.

Montagem da rede e comunicação Testes bit a bit Os testes bit a bit são iniciados após a conclusão dos testes de continuidade elétrica. Durante estes testes são verificadas todas as ligações feitas durante a transferência dos sinais do campo e CCM para os novos CLP.

Start up Após os testes bit a bit, são executados todos os testes operacionais com os equipamentos de processo já ligados ao novo sistema de automação, para verificação na prática, da integração realizada em plataforma. São simulados todos os intertravamentos, proteções dos equipamentos, realizados ajustes e aferições da aquisição e tratamento de dados reais coletados e enviados ao processo. Após realização de todos os testes com os equipamentos operando sem carga (testes em vazio), os mesmos são colocados em operação com carga, nas condições nominais.

Operação AssistidaAcompanhamento da operação normal do sistema pelos integradores e operadores para verificação da performance do sistema implantado. Neste período serão realizados também os ajustes dos parâmetros, análise da estabilidade e verificação das faixas de alarmes e das malhas de controle.

7. FERRAMENTAS DE APOIO À PRODUÇÃO As ferramentas de apoio à produção apresentam uma série de funcionalidades pré-definidas que atendem boa parte das necessidades, mas não contemplam toda a documentação de um projeto. Estas ferramentas possibilitam: - Gerar automaticamente listas de materiais.

Algumas ferramentas podem ser utilizadas para o controle e o acompanhamento do projeto. Permitem realizar: - Acompanhamento das datas do projeto - Gestão do tempo gasto na execução de cada tarefa - Estabelecer vínculo entre tarefas - Controle do tempo previsto versus realizado - Definição das etapas críticas - Realização de simulações - Controle de recursos