Automação Industrial – Integração aos sistemas corporativos e wireless conquistam novos espaços
O futuro da tecnologia de controle e automação de processos industriais está delineado. Deve caminhar para a integração total com os demais sistemas das companhias; colocar suas funcionalidades cada vez mais a serviço do aumento da eficiência produtiva; e operar sem depender de fios. Em alguns desses casos, esse futuro já foi alcançado, por exemplo, na crescente integração aos demais sistemas das empresas, inclusive aos ERPs (como são conhecidos os sistemas de gestão empresarial).
Possível por meio dos softwares componentes de categorias denominadas PIMS ou MES (ver quadro explicativo dessas categorias), essa integração começa a se tornar mais comum, como observa Nelson Ninin, presidente da Yokogawa, provedora de soluções de automação e controle.
“É crescente o uso de sistemas dedicados a montar e formatar para disponibilização em ERPs bancos de dados com informações provenientes dos processos”, afirmou. É o caso dos sistemas PIMS fornecidos pela própria Yokogawa, que organizam e disponibilizam informações como relatórios de produção e indicadores de eficiência, entre outras.
De acordo com Ninin, essa integração dos dados referentes a processos produtivos com informações de gestão comercial e administrativa permite programar melhor itens como compra de matérias-primas, estoques e logística. “Possibilita também gerenciar melhor as especificações dos produtos”, ele acrescenta.
E, por mais paradoxal que possa parecer essa afirmação, os avanços atualmente mais notáveis na tecnologia de automação enfatizam a crescente disponibilização de informações não diretamente relacionadas ao controle, como destaca Leandro Henrique Batista Torres, gerente de produto, sistemas e soluções da Smar: “São informações de autodiagnóstico, leituras de parâmetros e medições indiretas, intertravamento das estratégias de controle com as condições de “saúde” dos equipamentos; enfim, inúmeros dados que devem ser bem tratados para se transformarem em informações úteis nos níveis superiores de gerência, até chegar ao nível corporativo”, ele especifica.
Principal empresa nacional do mercado de automação e controle, a Smar oferece módulos aptos a integrar os dados do chão de fábrica com os demais sistemas de negócios – inclusive com os ERPs – desenvolvidos em parceria com a norte-americana Iconics. Seu portfólio de produtos com desenvolvimento totalmente próprio, inclui transmissores, posicionadores de válvulas, conversores para redes industriais, controladores lógicos programáveis, sistemas de computação de vazão, além do sistema de controle denominado System302, com arquitetura aberta aos principais protocolos de comunicação industrial.
Cooperação e gestão – As informações agora disponibilizadas pela tecnologia de automação e controle aos sistemas de gestão corporativa estão integradas em escala crescente aos dados provenientes dos sistemas de gestão de recursos e insumos, energia, por exemplo. Na Siemens – empresa cuja atuação abrange tanto equipamentos e sistemas de gestão de energia quanto controle e automação de processos –, soluções que integrem essas duas plataformas constituem, aliás, oferta bastante natural.
Carlos Fernando Albuquerque, gerente de desenvolvimento de negócios para a indústria de processos da Siemens, percebe a ampliação da demanda pela conjugação desses sistemas. “O protocolo IEC 61850 permite integrar os sistemas de gestão de energia aos sistemas de processos”, explica. “Além disso, equipamentos de energia também são usados em controle: pode-se, por exemplo, regular o fluxo de um líquido de processo por meio de uma válvula ou atuando na bomba responsável por impulsionar esse fluxo”, complementa Albuquerque.
Mas é importante integrar também os dados referentes a controle ambiental, não apenas para mostrar preocupações ecológicas: “A análise do resíduo expelido por uma chaminé, por exemplo, pode indicar alguma perda de matéria-prima que poderá ser reduzida pelo controle”, aponta Ninin, da Yokogawa.
Graças ao aprofundamento dessa integração entre os diversos sistemas das empresas, começam agora a surgir, como nota Claudio Fayad, diretor de vendas de sistemas para a América Latina da Emerson Process, os chamados Centros de Colaboração, nos quais atuam conjuntamente os especialistas nas informações provenientes de cada um deles. “Antes, mesmo em empresas que já integravam seus sistemas, esses especialistas trabalhavam isoladamente”, diz Fayad.
Segundo ele, a tecnologia da automação também tenta agora tornar-se mais facilmente utilizável por seus usuários, e assim a Emerson hoje trabalha com um conceito denominado Human Centered Design (Design Centrado no Ser Humano), que procura considerar, na formatação de produtos e serviços, a rotina profissional dos clientes.
Como exemplo de avanço gerado por esse conceito, Fayad cita as novas versões dos softwares de gestão de ativos da empresa, cuja tela inicial apresenta menos informações: privilegia aquelas consideradas básicas, e abre ao operador a possibilidade de aprofundá-las, caso isso seja necessário. Geralmente, esses softwares apresentam simultaneamente conjuntos muito vastos de informações e dificultam o trabalho dos operadores. “Agora, o tempo médio de identificação de um problema, que levava de 4 a 6 minutos, caiu para 15 segundos”, compara Fayad.
Na Endress+Hauser, a ferramenta desenvolvida para essa atividade de gestão de ativos tem hoje sua funcionalidade de calibração dos equipamentos disponibilizada gratuitamente, via download; para que ela sirva à gestão, porém, é necessário adquiri-la. “Esse software pode trabalhar tanto com nossos equipamentos quanto com os de outros fabricantes”, descreve Alexandre Kutil, gerente de produtos de nível da Endress+Hauser.
Atualmente, ressalta Kutil, a Endress+Hauser oferece também produtos capazes de atender à crescente demanda por integração entre sistemas de automação e controle e de gestão de energia, como soluções para monitoramento de energia em sistemas de geração de vapor, ar comprimido e chillers de água gelada.
Ferramentas de inteligência – Cada vez mais, a tecnologia da automação e do controle se torna também uma ferramenta capaz de agregar inteligência aos processos – por exemplo, na gestão de ativos, que possibilita a sincronização das manutenções com as demandas e necessidades comerciais – ou torná-los mais eficientes, por meio de sistemas incluídos no conjunto conhecido como “controle avançado”.
Integram esse conjunto os sistemas de controle preditivo multivariáveis, com os quais é possível combinar inúmeras variáveis com influências mútuas – pH, vazão, temperatura, refluxo, entre outras –, na definição dos patamares mais adequados ao desenvolvimento dos processos.
Até há pouco tempo, esse controle preditivo exigia especialistas com dedicação exclusiva. Agora, como observa Albuquerque, da Siemens, ele é facilmente acessível em sistemas de controle razoavelmente disseminados, como os SDCDs (Sistema Digital de Controle Distribuído). “Essa tecnologia pode gerar ganhos muito palpáveis para as atividades de processos contínuos, geralmente de commodities, nos quais poucos pontos percentuais de eficiência adicionais podem resultar em ganhos muito significativos”, destaca Albuquerque.
De acordo com Ninin, da Yokogawa, mesmo setores de atividade até há pouco tempo usuários de sistemas de controle por necessidades basicamente regulatórias, agora investem também em ferramentas de controle avançado. É o caso da indústria canavieira: “Estão sendo criados algoritmos de controles específicos para o etanol”, ele diz. “Além disso, muitas usinas hoje têm no etanol quase um subproduto, porque seu principal negócio está se tornando a geração de energia, e isso abre nova frente de negócios nessa área”, ele acrescenta.
Até mesmo como base para o aproveitamento dessas ferramentas mais avançadas, as usinas canavieiras, conta Ninin, começam a substituir modelos mais tradicionais de automação e controle – como a integração via PLCs (Controladores Lógicos Programáveis), supervisão, e os chamados sistemas SCADA –, por opções mais modernas, como os SDCDs. “Isso permite a aplicação de recursos como controle avançado, gerenciamento de ativos e otimizações”, destaca o presidente da Yokogawa.
Futuro sem fios – Embora ainda em estágio inicial de utilização, a tecnologia wireless constitui aposta bastante incisiva da indústria de automação e controle. Em algumas aplicações, especialmente nas menos críticas, ou cujas informações não precisam ser transmitidas em intervalos muito curtos de tempo, ela já começa até a ser empregada em escala mais ampla: tambores giratórios – nos quais os fios acabariam torcidos –, parques de tanques cujos níveis geralmente são verificados pessoalmente por operadores, avaliação de corrosão em redes de dutos, entre outras.
A ampliação do uso dessa tecnologia e sua expansão para as atividades automatizadas de controle ainda exigem, porém, a superação de alguns obstáculos. O mais relevante parece ser o desgaste das baterias necessárias aos equipamentos sem fio, fator por enquanto capaz de impedir seu uso em aplicações críticas de segurança, ou que exijam informações muito constantes.
Além disso, tecnologia wireless requer projetos desenvolvidos de forma que simultaneamente assegurem o respeito em relação à distância máxima entre os transmissores das informações e os gateways – equipamentos intermediários entre os instrumentos e o controle – e eliminem possíveis interferências nas transmissões (realizadas por ondas de rádio).
Pode-se, obviamente, minimizar esses problemas com projetos detalhados e bem elaborados, e com o monitoramento das baterias, como observa Augusto Passos Pereira, diretor técnico e de marketing na América do Sul da Pepperl+Fuchs (produtora de equipamentos wireless e também de equipamentos para atmosferas potencialmente explosivas). “Porém, por enquanto, recomendamos essa tecnologia somente para monitoração – apenas mensuração das grandezas e transmissão das informações –, e não para controle, que pressupõe a manutenção das grandezas em valores predeterminados”, diz Pereira.
Mas, em futuro não muito distante, “equipamentos sem fio serão empregados também no controle”, crê Fayad, da Emerson. Segundo ele, o problema de desgaste das baterias deverá ser superado por tecnologias, em fase de estudos, com as quais elas poderão ser recarregadas por energia solar, ou como decorrência dos próprios processos (por exemplo, pela energia térmica disponível ou pelas vibrações geradas neles).
A Emerson, assim como a Pepperl+Fuchs, produz equipamentos wireless dotados do protocolo WirelessHart. “Esse é hoje um padrão internacional, reconhecido pela International Electrotechnical Commission (IEC), e agora sendo transcrito também para o Brasil pela Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT). E o próprio protocolo da ISA já incorporou o padrão WirelessHart”, afirma Fayad.
A Yokogawa aproveita diretamente a segunda dessas normas, a ISA 100, publicada pela International Society of Automation, e qualificada por Ninin como “padrão internacional” para a comunicação sem fios. Por enquanto, ele admite, a tecnologia wireless trabalha basicamente em sistemas de supervisão; mas ele também prevê seu uso em controle: inicialmente, para ações realizadas como consequência de comandos provenientes de salas de operação, mas posteriormente com os próprios instrumentos sem fio realizando essas ações – por exemplo, abrindo ou fechando válvulas –, e apenas enviando às salas as respectivas informações. “Isso tudo precisa ser testado, mas na minha opinião o wireless é irreversível”, afirma Ninin.
Os fabricantes logo deverão oferecer equipamentos capazes de se adequar aos diferentes protocolos, projeta Torres, da Smar. Primeiramente, porque esses padrões trabalham com funcionalidades crescentemente similares. “Além disso, a opção de um cliente por um ou outro padrão nem sempre é meramente técnica, inclui também análises relativas a custos e benefícios”, ele acrescenta. A própria Smar, conta Torres, por enquanto produz equipamentos sem fios com o padrão WirelessHart, mas já se prepara para disponibilizar também versões ISA 100.
Na Endress+Hauser, a oferta de tecnologia wireless inclui adaptadores e gateways capazes de permitir a transmissão de sinais sem fio de quaisquer instrumentos 4 a 20 mA, Hart ou analógicos. E, de acordo com Kutil, há no portfólio da empresa, entre outras novidades, medidores de vazão mássicos por princípio Coriolis a dois fios (4 a 20 mA). “Com eles, é possível substituir medidores de vazão baseados em outros princípios – pressão diferencial, por exemplo –, sem nenhuma necessidade de alterar a estrutura da planta”, ele detalha.
Hora da parceria – Assim como a tecnologia, as formas de negociação dos equipamentos e sistemas de automação também são desenvolvidas: a tendência atual está no formato denominado MAC (Main Automation Contract, algo como Contrato Principal de Automação), por meio do qual uma empresa delega a responsabilidade total por determinado projeto – da aquisição dos produtos à integração – a um único fornecedor.
Utilizado no Brasil há apenas poucos anos, inicialmente pela Petrobras, esse modelo de relacionamento comercial com o qual os fornecedores dessa tecnologia são alçados à condição de parceiros estratégicos hoje se dissemina por vários outros setores da atividade econômica. E ele próprio evolui: “Antes, MAC significava basicamente agrupamento de produtos pré-especificados, mas agora os clientes querem também que os fornecedores cuidem dos serviços de engenharia e especifiquem os produtos”, conta Fayad, da Emerson, que hoje atende nesse modelo clientes como Petrobras e Braskem.
Na Yokogawa a lista de empresas atendidas por MAC também inclui a Braskem, além da BSC (antiga Bahia Pulp), entre outras. “Vários clientes hoje utilizam essa modalidade de compras, que os dispensa da necessidade de contar com especialistas negociando individualmente com os vários fornecedores”, observa Ninin.
Mas, se os coloca como parceiros mais próximos de seus clientes, o MAC muitas vezes requer o estabelecimento de parcerias com outros fornecedores, capazes de lhes permitir a oferta das soluções completas inerentes a esse modelo de relacionamento comercial. A própria Yokogawa, embora detentora de um portfólio bastante vasto de produtos – da instrumentação e dos equipamentos de análise aos softwares de controle avançado e otimização –, quando atende um contrato do tipo MAC, busca quem lhe forneça as válvulas.
Também a Siemens aciona fornecedores de válvulas para possíveis projetos atendidos via MAC. “Mas produzimos os posicionadores das válvulas”, ressalva Albuquerque. E, segundo ele, evolui a tecnologia desses posicionadores: “As funções de autodiagnóstico são muito mais abrangentes que no passado, e eles alertam antecipadamente o usuário sobre problemas latentes e desgastes graduais, antes que ocorra a falha do conjunto válvula/posicionador.”
A Emerson, conta Fayad, produz a maioria das válvulas com as quais trabalha. Já a Smar necessita de parceiros nessa área, e hoje atende, por MAC, empresas como o grupo Raízen (sociedade entre Shell e Cosan), Duke Energy, Corning e SGC, entre outras.
Várias plantas atendidas pela Smar se localizam em outros países. Caso, por exemplo, de uma usina termonuclear mantida pela Duke Energy nos Estados Unidos, onde essa empresa nascida em Sertãozinho-SP iniciou a implantação de um projeto em 2006, e o concluiu no ano passado. “Foi um projeto de modernização de uma planta que ainda trabalhava com controles pneumáticos e foi diretamente para a tecnologia Fieldbus, sem passar pela adoção de arquitetura convencional 4 a 20 mA”, descreve Torres.
Soluções – Na Braskem, o investimento em tecnologias de automação e controle inclui agora a implantação de soluções da camada MES em algumas de suas plantas de produção primária (insumos básicos) e secundárias.
De acordo com Maurício Moreno, responsável técnico pela automação da Braskem, o investimento da empresa na camada MES hoje inclui, entre outros itens, a implantação dos sistemas de reconciliação de dados, de contabilização da produção, de planejamento e gestão das ordens de produção, e de visualização dos dados, além da interface para troca de informações entre a camada MES e o sistema de gestão corporativa (ERP).
A Braskem, prossegue Moreno, integrará na camada MES também os sistemas de gestão de laboratório, de gestão ambiental, de gestão de energia e de gestão de ativos.“Através da implantação de sistemas de suporte à gestão dos nossos principais equipamentos, dos processos produtivos e dos processos de trabalho, bem como da integração da gestão entre as plantas de um mesmo negócio, e entre os vários negócios, vislumbramos grande potencial na utilização dos sistemas da camada MES”, destaca Moreno.
Além disso, acrescenta Antônio Carlos Neves, também responsável técnico pela automação da Braskem, a empresa acompanha os desenvolvimentos na área de virtualização de servidores, e nas técnicas de controle do fluxo de trabalho (workflow), capazes de facilitar a identificação e a construção dos modelos internos dos sistemas de controle avançado.
E a Braskem começa a utilizar tecnologia wireless na monitoração de ativos industriais; por exemplo, na vibração de mancais, temperatura de óleo lubrificante, pressão de selagem de turbinas e bombas. “O uso em larga escala de transmissores wireless gerará, no futuro, redução significativa dos custos de implantação de novas unidades industriais, pela redução dos componentes dos SDCDs e eliminação de cabos, calhas, eletrodutos, painéis de rearranjo e caixas de junção de campo”, prevê Neves.
Na Refinaria Presidente Bernardes, mantida pela Petrobras no município de Cubatão-SP, o uso de equipamentos sem fio começa agora pela instalação de corrosímetros digitais. Para Celso Calçada, responsável pela instrumentação e automação da área de novos empreendimentos dessa refinaria, nesse gênero de aplicações de monitoramento, nas quais as informações não precisam ser atualizadas muito rapidamente, os equipamentos sem fios são “bastante adequados”.
Mas Calçada analisa com muitas ressalvas um dos pilares do atual desenvolvimento da tecnologia de automação e controle: o protocolo Fieldbus. Embora a automação da RPBC se fundamente em instrumentação com dois fios, o chamado 4 a 20 mA, com Hart sobreposto, ele diz já ter ouvido relatos sobre problemas com interferências magnéticas nas redes estruturadas com esse padrão, e de dificuldades para efetiva interoperabilidade dos respectivos equipamentos: “Já me foi dito que se a versão do Fieldbus instalado nos instrumentos não estiver na mesma revisão, a tal da interoperabilidade não existe”, destaca.
Além disso, prossegue Calçada, embora uma rede Fieldbus produza grande quantidade de informações adicionais, muitas delas não têm utilidade prática. “E o custo de instalação de uma rede Fieldbus chega a ser 15% a 20% superior, comparativamente às redes analógicas convencionais”, ele afirma.
Nelson Ninin, da Yokogawa, refuta tais críticas, considerando-as destoantes das opiniões da maioria dos clientes, muitos deles hoje usuários desse padrão. É o caso da Petrobras: “Estamos implantando um projeto de modernização em unidades da Refinaria Duque de Caxias com Fieldbus.”
Mas Calçada retruca: “Que eu tenha conhecimento, as unidades da Petrobras que usam Fieldbus, usam-no apenas para monitoração, o controle continua sendo feito no SDCD.”
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Significado dos termos mais comuns em automação e controle
PIMS (Plant Information Management System, ou Process Information Management Systems): Sistemas que fazem requisições de dados de processos de diversas fontes espalhadas pela planta industrial, os armazenam num banco de dados para consultas históricas e os disponibilizam em diversas formas de representação. A implantação de um sistema PIMS viabiliza o uso de outros módulos de software, como reconciliadores de dados, sistemas especialistas e gerenciadores de cadeia de suprimento, e facilita a integração de sistemas ERP com o chão de fábrica.
MES (Manufacturing Execution System): Sistemas de gerenciamento das informações provenientes dos processos de produção, Hoje algumas de suas funções típicas são incorporadas a alguns sistemas PIMS (e vice-versa). Assim, esses sistemas obtêm maior versatilidade, permitindo, por exemplo, a atividade de rastreamento (tracking), e o interfaceamento com sistemas de ERP. Desde 2004, são conhecidos também por Manufacturing Enterprise Solutions.
Business visualization: Com funcionalidades mais holísticas, são sistemas complementares que, junto com os módulos MES, priorizam as informações diretamente relacionadas a negócios. São adaptáveis ao trabalho por meio de portais web, personalizáveis e integrados ao resto da planta também por monitoração de KPIs (Key Performance Indicators / Indicadores Chave de Performance), e OEE (Overall Equipment Effectiveness / Visão Geral da Eficácia de Equipamentos).
Gerenciamento de ativos: Dedicados a monitorar o ciclo de vida útil dos equipamentos, indicam, por exemplo, a necessidade de manutenções preditivas e possibilitam manutenção proativa, pela monitoração de informações e dados indiretos de performance em tempo real, e da comparação com dados históricos armazenados em banco de dados.
Controle avançado: conjunto de modelamentos matemáticos capazes de, a partir das informações provenientes de instrumentos de controle e análise, atuar na eficiência de processos que não conseguem um bom desempenho com os métodos tradicionais de controle. Baseiam-se frequentemente em controle multivariável e/ou estatístico.
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