Automação – Unificar controle de processos

Sistemas avançam para unificar controle de processos e de energia

Os fornecedores de produtos e sistemas para automação e controle de processos industriais vivem um período de euforia.

Os investimentos em curso, além dos anunciados, por parte de clientes de vários setores industriais – desde a produção de petróleo e gás, até alimentos e bebidas –, projetam para os próximos anos uma forte expansão de vendas.

Porém, não é hora de descansar: a competição entre os maiores fornecedores é intensa e o foco da demanda começa a ser ampliado para além do escopo dos processos, buscando a integração total das atividades.

Os dados da Associação Brasileira da Indústria Elétrica e Eletrônica (Abinee) registram o faturamento de R$ 2,7 bilhões para o segmento de automação e controle em 2007.

“Prevemos um crescimento de 14% para 2008”, afirmou o vice-presidente da entidade, Nelson Ninin, presidente da Yokogawa América do Sul e também o primeiro brasileiro eleito para presidir em âmbito mundial a prestigiosa Instrumentation, Systems and Automation Society (ISA).

Ele explicou que o bom resultado obtido no Brasil em 2007 e 2008 está relacionado a investimentos em modernização e ampliação de fábricas existentes.

Com isso, o parque instalado de sistemas de automação e controle tornou-se grande o suficiente para gerar uma demanda estável e significativa para manutenção, renovação e melhoria.

“Os grandes projetos anunciados pelos setores de petróleo, álcool e energia começam a figurar nos nossos registros de vendas a partir de 2009, quando devemos registrar um forte crescimento”, comentou.

A Yokogawa tem mantido expansão de negócios na média de 20% ao ano, segundo seu presidente.

A empresa investe para ampliar sua capacidade de produção e atendimento, a começar pela inauguração da nova sede, no condomínio de Tamboré, em Barueri-SP, para onde foram deslocadas as partes administrativa e de vendas.

As áreas de montagem e serviços permaneceram em Santo Amaro, onde ganharam mais espaço.

As equipes também foram reforçadas para acompanhar a expansão dos negócios. Isso incluiu a contratação do gerente-comercial Luiz Sussumu Funagoshi (ex-Invensys).

Outra gigante da área de automação e controle de processos, a Emerson Process Management (ou Fisher-Rosemount, sua marca mais conhecida) comemora o bom desempenho de negócios efetivados desde 2007.

“Temos forte crescimento em 2008, que deve ser mantido por alguns anos, tanto que estamos ampliando nossas instalações e contratando mais profissionais”, afirmou Leopoldo dos Santos, gerente de negócios da linha PlantWeb, denominação da arquitetura do controle de processos da companhia.

Em 2008, aliás, a filial brasileira ultrapassou o volume de vendas da filial mexicana, embora esta tenha mais fábricas do grupo, fato justificado pela proximidade com o mercado dos EUA.

Reestruturada, a ABB reforça sua participação no segmento, especialmente nas refinarias de petróleo, ramo no qual conta com a expertise da Bailey, marca adquirida há mais de dez anos.

“Acabamos de firmar um contrato global e exclusivo com a Petrobras no valor de US$ 61 milhões para fornecer sistemas de automação e controle de processos em oito refinarias da companhia durante os próximos cinco anos”, informou Wellington Dumas Cintra, gerente de vendas da área de automação de processos para as áreas de mineração, papel e celulose, química e farmacêutica.

O acordo prevê a implantação do sistema 800xA, incluindo o gerenciamento dos projetos e a parte de engenharia, esta com estimativa de custo de US$ 29 milhões (incluídos no valor total do contrato).

Desde que unificou as linhas de SDCD e CLP, em 1995, a Siemens ampliou sua participação no controle de processos industriais. Antes disso, seu maior destaque sempre foi ligado ao gerenciamento da energia nas fábricas.

“Já temos 87 sistemas PCS7 instalados no Brasil nas indústrias química, metalúrgica e de papel e celulose”, afirmou Carlos Fernando Albuquerque, engenheiro do setor de DCS, batch e gerenciamento de ativos, dentro da área de automação de processo.

A partir de 2000, a companhia ampliou o leque de segmentos atendidos, oferecendo o controle integrado do processo e dos sistemas de energia, além de apresentar a linha completa de instrumentos de campo.

Ponto fraco – A escassez de profissionais especializados em automação e controle no mercado mundial é apontada por Ninin como uma vulnerabilidade para a expansão de negócios e também para o aproveitamento adequado dos recursos pelos compradores.

Química e Derivados, Nelson Ninin, presidente da Yokogawa América do Sul, Automação - Sistemas avançam para unificar controle de processos e de energia
Nelson Ninin: mercado brasileiro segue em expansão

“Há uma corrida por engenheiros e técnicos especializados em vários países, movimento comparável ao que aconteceu na década de 70, antes dos choques do petróleo”, disse.

“Alguns clientes compram sistemas completos, mas não têm técnicos capacitados para aproveitar todos os recursos”, comentou Santos.

Uma das modalidades de contrato da Emerson prevê a implantação completa do sistema colocado em marcha, com todas as aplicações.

Para tanto, a empresa mantém área de treinamento básico e avançado de operação.

“Mas a concorrência por especialistas é tão grande que chega a tirar gente das equipes dos fornecedores.”

A situação é crítica e não se limita ao campo do controle, mas se estende por toda a engenharia, montagem e produção de equipamentos.

Do ponto de vista específico do setor, Santos afirma que a tecnologia digital distribuiu muitas tarefas e responsabilidades para os instrumentos inteligentes. Além disso, o fato de contar com esse avanço tecnológico reduziu muito o consumo de horas de pessoal especializado na instalação, comissionamento e partida da instalação. “Usamos menos gente, porém com mais capacitação técnica”, explicou.

Essa situação se reflete na forma de negociação com os interessados. Antigamente, os departamentos internos de engenharia das companhias químicas e petroquímicas contavam com especialistas capazes de apontar as necessidades e de selecionar os produtos e sistemas que melhor as atendessem.

O enxugamento dos quadros técnicos eliminou esses especialistas da maioria das empresas, que hoje se valem do apoio de consultores terceirizados, de integradores, ou mesmo do conhecimento dos próprios fornecedores.

Ninin recomenda uma seleção cuidadosa do consultor ou do integrador que venha a orientar os investimentos dos clientes.

Setor muito dinâmico, a área de automação e controle exige acompanhamento freqüente.

Às vezes, um consultor só trabalhou com um tipo de produto ou fabricante de sistema, desconhecendo os avanços dos demais, que podem ser mais adequados para necessidades específicas dos clientes.

Da mesma forma, Ninin elogia o trabalho dos integradores independentes quando eles se especializam em um determinado segmento ou processo industrial, reunindo qualificações de grande valia.

Porém, quando começam a expandir seus serviços para outras áreas, alguns problemas podem surgir. Em todos os casos, os fornecedores oferecem orientação e suporte de aplicações.

“No caso dos grandes projetos, o mercado mundial tende a estabelecer relações do tipo MAC – main automation contract, nas quais um fornecedor assume a responsabilidade pelo detalhamento da automação, compra todos os produtos, os instala e põe para funcionar, sendo responsável pelo desempenho de todo o conjunto”, comentou.

A Yokogawa tem assinado muitos desses acordos, especialmente no Oriente Médio, onde brotam novas refinarias e unidades petroquímicas.

O dirigente explicou que, no modelo tradicional (de EPC, engenharia, licitação e construção), o projeto é totalmente detalhado e disputado entre vários concorrentes.

O fornecedor selecionado reestuda o projeto e aponta as alterações necessárias. Isso implica refazer o detalhamento. O MAC elimina esse desperdício.

Santos, da Emerson, aponta outra modalidade de contratação, o PEpC. Nesse modelo, o fornecedor do sistema é definido (por escolha do cliente ou por licitação) antes da fase de detalhamento do projeto, que é feita pelo contratado ou com o suporte dele.

“Essa modalidade foi criada nos Estados Unidos e já está começando a ser usada no Brasil, porém não nas estatais, que precisam seguir a Lei 8.666”, explicou.

Tanto o PEpC como o MAC ajudam a reduzir custos, prazos e riscos.

O conceito básico do MAC começa a ser aceito até pela Petrobras. Segundo Ninin, o projeto da Refinaria do Nordeste (em Pernambuco), que está em fase de concorrência pública, prevê o fornecimento de Controle e Automação Geral (CAG).

“É parecido, mas não tão intenso quanto o MAC”, explicou Ninin. O setor espera que o vencedor seja definido até o final deste ano.

Além da vantagem no custo dos projetos, eleger um único responsável pela automação dos processos pode evitar problemas futuros de comunicação entre dispositivos e o sistema de controle.

“A situação atual da comunicação nos sistemas de controle e automação melhorou muito, mas ainda ocorrem alguns contratempos que podem dificultar o aproveitamento máximo do investimento”, considerou Ninin.

Ele mesmo informou que são raros os casos de fornecedores que fabricam todos os itens, dos sensores e transmissores às válvulas de controle, incluindo os sistemas de controle. Daí a importância de homologar produtos compatíveis e garantir a sua interoperabilidade.

Migração e atualização – Há que se considerar as diferenças entre projetos de automação e controle na instalação de uma fábrica totalmente nova e na atualização de indústrias existentes.

“Ainda há no Brasil um grande número de empresas químicas de médio porte que não contam com sistemas de controle, nas quais a operação ainda depende de intervenção direta dos operadores”, comentou Ninin. Existe, portanto, um mercado amplo a ser explorado.

Na visão atual, os operadores deixam a rotina das operações para os sistemas de controle e, por isso, podem dedicar o seu tempo a tarefas mais nobres, como estudar o aumento da eficiência produtiva e a redução de custos. Além disso, os sistemas propiciam melhores condições de trabalho e de segurança.

Os investimentos em atualização de plantas costumam ser feitos por etapas, tanto para a diluição do custo de investimento quanto para evitar paradas prolongadas dos processos.

Em geral, o primeiro passo é a instalação da sala de controle e de alguns instrumentos de campo, aproveitando-se ao máximo os recursos existentes. Em etapas posteriores, implanta-se a instrumentação e as malhas digitais de campo.

Em seguida, já podem ser feitas as primeiras incursões em controle avançado, gerenciamento de ativos e até modelos de simulação e treinamento virtual.

Durante a fase de substituição de sistemas, é comum a convivência entre diferentes concepções de produtos e de protocolos de comunicação, exigindo a colocação de conversores para estabelecer uma comunicação mínima.

“Nem se pensa nisso quando se fala em uma fábrica nova”, comentou Ninin.

Na sua avaliação, o setor petroquímico e as refinarias de petróleo sempre se destacaram por manter atualizados os sistemas de controle.

As grandes empresas de celulose e papel, bem como as siderúrgicas nacionais, também operam com sistemas modernos de última geração.

Até mesmo setores considerados “conservadores”, como o sucroalcooleiro, adotaram sistemas digitais. “As novas usinas têm exigências em automação iguais às das petroquímicas”, disse Ninin.

No caso dos projetos de atualização de sistemas feitos por etapas, Santos considera a possibilidade de incorporar mais softwares e licenças para entradas/saídas (I/Os) em CPUs de maior porte, ou colocar CPUs em paralelo para suprir as necessidades que venham a aparecer.

“É mais uma questão econômica do que técnica”, admitiu. Uma tendência de mercado na área de automação consiste em criar sistemas de capacidade ilimitada, capazes de suportar ampliações de qualquer porte.

Integração total– A comunicação entre instrumentos inteligentes e sistemas centrais de controle usando protocolos digitais homologados tornou-se um padrão de mercado, avançando rapidamente sobre os sinais analógicos.

Um protocolo da linha Fieldbus Foundation consegue carregar enorme quantidade de informações do campo para a sala de operações e, ao mesmo tempo, levar os sinais de comando de volta aos elementos finais de controle.

 Química e Derivados, Leopoldo dos Santos, gerente de negócios da linha PlantWeb, Automação - Sistemas avançam para unificar controle de processos e de energia
Leopoldo dos Santos: wireless se fixa como alternativa viável para processos

“O Fieldbus Foundation oferece uma quantidade de recursos muito superior em relação ao Profi bus PA, por exemplo, porém é mais complexo, exigindo mais conhecimento por parte dos operadores”, comentou Leopoldo dos Santos.

A Emerson introduziu ferramentas para facilitar as configurações, funcionando como o tutorial do Windows, que solicita a entrada de dados a cada passo.

Com essa estrutura, é possível realizar tarefas como o gerenciamento de ativos, controle avançado de processos e simulações.

Os instrumentos inteligentes permitem acompanhar o comportamento de cada item da planta em tempo real.

É possível traçar uma curva de desgaste ou predizer a possibilidade de falhas em equipamentos com altíssima precisão.

“O sistema faz o diagnóstico, aponta o que precisa ser feito para não parar a produção, mas envia essas informações para o programa corporativo que coordena as atividades de manutenção na fábrica”, explicou Santos.

São esses sistemas corporativos (como o Máximo, ou o SAP) que geram as ordens de serviço para o setor de manutenção.

Por controle avançado entende-se a análise contínua de muitas variáveis de processo, as quais recebem um tratamento computadorizado para identificar gargalos ou determinar pontos ótimos de operação para atingir o máximo de produtividade com o mínimo de custos.

Ferramentas de simulação permitem avaliar o resultado de intervenções no processo, apontando eventuais riscos e ganhos decorrentes. Mas isso é feito em ambiente virtual, com altíssima correlação com a fábrica.

Química e Derivados, Carlos Fernando Albuquerque, engenheiro do setor de DCS, batch e gerenciamento de ativos, dentro da área de automação de processo, Automação - Sistemas avançam para unificar controle de processos e de energia
Carlos Fernando Albuquerque: controle integrado permite economizar

“É possível até simular a operação ainda na fase de projeto, com as variáveis dadas pela engenharia. Isso permite localizar algum problema e corrigi-lo antes de iniciar a construção da fábrica, com grande economia de tempo e de materiais”, comentou Carlos Albuquerque, da Siemens.

Tanto a Siemens quanto a ABB aprofundam o conceito de integração entre os sistemas de controle de processos com o gerenciamento da energia.

“Atualmente, as redes de comunicação são tão rápidas que conseguem até fazer o controle discreto, antes uma tarefa exclusiva dos CLPs”, comentou Wellington Dumas Cintra, da ABB.

“Não é mais necessário ter duas plataformas distintas, pois já se consegue colocar tudo na sala de controle, que agora chamamos de Centro de Inteligência de Operações, porém os operadores precisam conhecer mais os processos, a parte elétrica e as normas de segurança.”

Nessa concepção, posicionadores de válvulas, motores, centros de comando de motores, painéis de média tensão e outros itens são vistos como “objetos” que podem ser incorporados com facilidade às linhas.

Dessa forma, o gerenciamento de ativos da parte elétrica é feito junto com o do processo.

“Como a ABB é especialista em manutenção industrial, temos todo o conhecimento do que é preciso monitorar em cada caso, quais as informações que são relevantes para operar os equipamentos para alcançar a maior vida útil possível”, afirmou.

A ABB manteve intocadas as plataformas herdadas das empresas adquiridas na área de instrumentação e controle, como Bailey e Hartmann-Braun, esta com linha completa de instrumentos.

Atualmente, a empresa divulga a sua plataforma única para todas as unidades de negócio, com a denominação 800xA. Trata-se de um híbrido entre CLP e DCS, capaz de atender a ambas.

Química e Derivados, Wellington Dumas Cintra, gerente de vendas da área de automação de processos para as áreas de mineração, papel e celulose, química e farmacêutica, Automação - Sistemas avançam para unificar controle de processos e de energia
Wellington Dumas Cintra: plataforma única controla elétrica e processo

“Os clientes pedem plataformas e protocolos abertos, que possam ser atualizados ou que possam receber outros módulos adquiridos de outros fabricantes”, comentou Cintra.

O protocolo IEC 61850, uma espécie de “fieldbus da área elétrica”, impõe a interoperabilidade de componentes de vários fornecedores.

Como informou, no passado, esperava-se que um sistema ficasse operando intocado por quinze anos.

Agora as mudanças de softwares são freqüentes, agregando novos recursos. “Isso exige mais flexibilidade dos sistemas, inclusive adotando interfaces abertas, como as fornecidas pela Microsoft.”

Albuquerque, da Siemens, também defende a integração das áreas elétrica e de processos, apontando uma vantagem.

“Até mesmo os equipamentos não inteligentes podem ser monitorados pelo sistema”, afirmou.

Uma bomba centrífuga comum, por exemplo, pode ser monitorada apenas com base nos indicadores de vazão, pressão e da energia consumida pelo motor que a aciona.

“Temos como diagnosticar falhas e prever quando será necessário intervir no equipamento só com esses dados.”

Os projetos podem ser fornecidos com maior ou menor grau de abertura, conforme a cultura dos clientes. Em geral, segundo ele, a indústria química gosta de pacotes fechados, enquanto o setor de bebidas prefere comprar item por item.

Adepta do protocolo Profibus DP, potente e fácil de configurar, a Siemens aguarda os momentos propícios para oferecer suas soluções integradas.

“A chance de entrar em um cliente aparece nas revamps e nas novas unidades produtivas”, comentou.

Como a empresa já está presente em muitos clientes na sua parte elétrica e nos CLPs, incluindo sistemas de parada segura, é possível apresentar sua alternativa de controle.

Isso também acontece no caso de clientes mundiais, nos quais o sistema já vem especificado pela matriz, mas é a engenharia local que desenvolve o projeto, valendo-se da expertise mundial do grupo.

“Criamos centros de competência especializados em óleo/gás, química e farmacêutica, pois há muitas especificidades que devem ser observadas”, comentou.

Os sistemas de controle oferecidos pela Siemens têm configuração variável, podendo incluir ferramentas de controle avançado multivariável, lógica fuzzy e simulações.

“Pacotes básicos podem efetuar algumas simulações bem simples, mas simulações completas, úteis também para o treinamento de operadores, precisam ser encomendadas”, explicou.

A simulação de processos está sendo reforçada com a compra da alemã Innotech, oriunda da área automobilística e aeroespacial, com produtos em uso na divisão elétrica de um grande cliente no Brasil.

O plano atual é divulgar o conceito de fábrica digital, partindo dos dados de projeto que alimentam uma biblioteca de parâmetros que vai sendo, aos poucos, aperfeiçoada para depois instruir a partida real das instalações, com economia de tempo no projeto e na atualização da documentação.

Além disso, a empresa adquiriu uma parte da antiga divisão de engenharia da Hoechst especializada em desenho de processos e scale up, com forte presença na Europa. Segundo o engenheiro, esses trabalhos começam a ser oferecidos ao Brasil, especialmente na área química.

Um diferencial da Siemens consiste na possibilidade de integrar as operações de laboratório com a planta comercial.

“Temos um software de gerenciamento laboratorial modular para a criação de novos produtos, pelo qual podem ser enviadas formulações diretamente para a área de produção”, comentou Albuquerque. Esse sistema é comandado por um PCS7 que conversa naturalmente com o controle da produção.

A intercomunicação do DCS com níveis superiores também é facilitada. Aliás, o nível MES recebe os dados do processo e dispara as ordens de retrabalho ou prosseguimento, considerado um passo intermediário para a comunicação com sistemas corporativos (ERP).

“O MES pode ser trocado por um DCS ‘gordo’, com um computador em paralelo à CPU do controle para armazenar dados de processo por cinco anos e realizar algumas funções, mas não é PIMS”, comentou.

Há meios de garantir a rastreabilidade pelo DCS, em casos específicos. “Planejamento da produção e análise operacional é tarefa típica de MES”, admitiu. São tarefas muito pesadas para o DCS, mais afeito a observações em tempo real.

Ele comentou que alguns sistemas de ERP também concorrem para assumir funções de MES, exigindo o uso de protocolos abertos no DCS para o envio de dados. Isso pede a colocação de programas de segurança, impedindo o acesso direto ao controle operacional.

Uma vantagem direta de integrar o controle da elétrica ao processo pode ser obtida na redução do consumo de energia nos horários de pico, nos quais o custo é mais elevado.

Áreas não-críticas, que não afetem o processo, podem ser desligadas, pelo DCS geral. “Usinas sucroalcooleiras usam sistemas desse tipo, porque elas também geram eletricidade”, comentou. Siderúrgicas, idem.

A Siemens oferece pacotes de soluções para facilitar a migração de sistemas dos concorrentes para sua plataforma, podendo usar os protocolos Hart e Fieldbus Foundation. “Não é preciso parar tudo para arrancar o sistema existente e implantar o nosso”, comentou.

Sem fio – A comunicação sem fio (wireless) entre instrumentos de campo e o controle do processo ganhou confiabilidade e passou a ser vista como uma alternativa viável.

“É uma nova ferramenta para o setor, mas é preciso antes verificar qual o benefício que pode levar aos clientes”, recomendou Nelson Ninin, da Yokogawa, que atesta a expansão do mercado dessa tecnologia.

Para ele, a técnica permite reduzir investimentos nas fábricas pelo menor uso de cabos e de suportes (pipe racks), oferecendo um desenho mais limpo para o projeto.

Mas, em situações nas quais já exista uma rede elétrica para alimentar a instrumentação, não faz sentido investir em wireless.

“A tecnologia wireless é encantadora, mas é preciso verificar o que traz de vantagens”, concordou Leopoldo dos Santos, da Emerson.

Basicamente, são aplicados aos processos os mesmos instrumentos, porém os fios são substituídos por transmissores de sinais de rádio, usando o protocolo Wireless Hart.

O especialista aponta três linhas de aplicação: a primeira, mais tradicional, está ligada a medições e monitoramento em locais remotos, sem energia disponível.

É o caso de longas tubulações e estações de tratamento de água e efluentes, nas quais são adotadas soluções de telemetria com unidades terminais remotas, ligadas por rádio ou ethernet, com baterias.

Um segundo tipo é o de instalações remotas, porém com energia disponível. Nesses casos, é sempre possível usar comunicação via linha celular GSM.

A terceira e mais nova situação consiste na eliminação de fi os dentro de fábricas, usando o protocolo Hart mais recente, que evita interferências e obstáculos físicos, como um caminhão que estacione em frente ao instrumento.

“Usamos redes auto-organizáveis com redundância, nas quais os instrumentos inteligentes conversam entre si e determinam qual o melhor caminho para estabelecer uma conexão segura com o sistema de controle central”, explicou Santos, salientando que há vários níveis de segurança a selecionar.

Instalações industriais sem fio podem ter o custo de instrumentação reduzido em 90%. Mas, segundo o especialista, a melhor vantagem está na possibilidade de colocar instrumentos em locais críticos.

“Dá para colocar um transmissor de temperatura dentro de um forno, local onde os fios derreteriam, ou em pontos da fábrica de difícil acesso ou, ainda, em áreas classificadas”, explicou.

A Emerson tem transmissores de baixa energia certificados para áreas críticas, dotados de baterias blindadas que podem ser trocadas no local, sem nenhum perigo.

O Brasil começa a investir no uso de sistemas wireless, superando a fase inicial de alta resistência por parte dos clientes.

“Já vendemos uma instrumentação completa wireless para uma petroquímica na Venezuela”, comentou.

Essa tecnologia está em fase de crescimento em todo o mundo. Cintra, da ABB, considera interessante a tecnologia de comunicação sem fio, porém lamenta a falta de padronização mundial.

“Há algumas ilhas de mercado nas quais isso vai crescer, como na aquisição de dados em locais remotos, no caso de análises de vibração em equipamentos rotativos”, mencionou.

Sua adoção será determinada pelas vantagens que proporcionar aos usuários.

A Siemens também acompanha a evolução da tecnologia wireless e suas aplicações.

“Temos como oferecer essa alternativa e incorporá-la aos sistemas”, disse Albuquerque.

Leia Mais:

Deixe um comentário

O seu endereço de e-mail não será publicado.