BR MD Automacao Industrial _ Passei Direto

Prévia do material em texto

Impresso por Whenner Melo, E-mail whennerfm@gmail.com para uso pessoal e privado. Este material pode ser protegido por direitos
autorais e não pode ser reproduzido ou repassado para terceiros. 14/02/2024, 09:34:12
CURSO DE FORMAÇÃO DE OPERADORES DE REFINARIA
AUTOMAÇÃO NDUSTRIAL I
Impresso por Whenner Melo, E-mail whennerfm@gmail.com para uso pessoal e privado. Este material pode ser protegido por direitos
autorais e não pode ser reproduzido ou repassado para terceiros. 14/02/2024, 09:34:12
Impresso por Whenner Melo, E-mail whennerfm@gmail.com para uso pessoal e privado. Este material pode ser protegido por direitos
autorais e não pode ser reproduzido ou repassado para terceiros. 14/02/2024, 09:34:12
Automação Industrial
3
CURITIBA
2002
Equipe Petrobras
Petrobras / Abastecimento
UN´s: Repar, Regap, Replan, Refap, RPBC, Recap, SIX, Revap
AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL
HÉLIO GUILL MORAES
PAULO AFONSO RUOSO
Impresso por Whenner Melo, E-mail whennerfm@gmail.com para uso pessoal e privado. Este material pode ser protegido por direitos
autorais e não pode ser reproduzido ou repassado para terceiros. 14/02/2024, 09:34:12
4
Automação Industrial
 338.26 Moares, Hélio Guill.
 M827 Curso de formação de operadores de refinaria: automação industrial /
 Hélio Guil Moares, Paulo Afonso Ruoso. – Curitiba : PETROBRAS :
 UnicenP, 2002.
 20 p. : il. (algumas color.) ; 30 cm.
 Financiado pelas UN: REPAR, REGAP, REPLAN, REFAP, RPBC,
 RECAP, SIX, REVAP.
1. Automação industrial. 2. Segurança. 3. Produção. 4. Proteção
 ambiental. I. Ruoso, Paulo Afonso. II. Título.
Impresso por Whenner Melo, E-mail whennerfm@gmail.com para uso pessoal e privado. Este material pode ser protegido por direitos
autorais e não pode ser reproduzido ou repassado para terceiros. 14/02/2024, 09:34:12
Automação Industrial
5
Apresentação
É com grande prazer que a equipe da Petrobras recebe você.
Para continuarmos buscando excelência em resultados, dife-
renciação em serviços e competência tecnológica, precisamos de
você e de seu perfil empreendedor.
Este projeto foi realizado pela parceria estabelecida entre o
Centro Universitário Positivo (UnicenP) e a Petrobras, representada
pela UN-Repar, buscando a construção dos materiais pedagógicos
que auxiliarão os Cursos de Formação de Operadores de Refinaria.
Estes materiais – módulos didáticos, slides de apresentação, planos
de aula, gabaritos de atividades – procuram integrar os saberes téc-
nico-práticos dos operadores com as teorias; desta forma não po-
dem ser tomados como algo pronto e definitivo, mas sim, como um
processo contínuo e permanente de aprimoramento, caracterizado
pela flexibilidade exigida pelo porte e diversidade das unidades da
Petrobras.
Contamos, portanto, com a sua disposição para buscar outras
fontes, colocar questões aos instrutores e à turma, enfim, aprofundar
seu conhecimento, capacitando-se para sua nova profissão na
Petrobras.
Nome:
Cidade:
Estado:
Unidade:
Escreva uma frase para acompanhá-lo durante todo o módulo.
Impresso por Whenner Melo, E-mail whennerfm@gmail.com para uso pessoal e privado. Este material pode ser protegido por direitos
autorais e não pode ser reproduzido ou repassado para terceiros. 14/02/2024, 09:34:12
6
Automação Industrial
Sumário
1 OBJETIVOS DA AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL ............................................................... 7
1.1 Introdução ...................................................................................................................... 7
1.1.1 Segurança ............................................................................................................ 7
1.1.2 Produção ............................................................................................................. 7
1.1.3 Proteção ambiental .............................................................................................. 7
1.1.4 Restrições operacionais ....................................................................................... 7
1.1.5 Aspectos econômicos .......................................................................................... 7
1.2 Monitoramento e Controle de Plantas de Processo ....................................................... 7
1.3 SDCD (sistemas digitais de controle distribuído) e computadores de processo ........... 8
1.4 Principais malhas de controle ...................................................................................... 10
1.4.1 Características de malhas típicas ....................................................................... 11
1.4.2 Sistemas de Controle mais Complexos ............................................................. 12
1.5 Sistemas de Intertravamento ....................................................................................... 15
1.6 SCMD.......................................................................................................................... 16
1.6.1 Introdução ......................................................................................................... 16
1.6.2 Sistema de Controle e Monitoração Distribuído (para sistemas elétricos) ....... 17
Impresso por Whenner Melo, E-mail whennerfm@gmail.com para uso pessoal e privado. Este material pode ser protegido por direitos
autorais e não pode ser reproduzido ou repassado para terceiros. 14/02/2024, 09:34:12
Automação Industrial
7
1Objetivos da AutomaçãoIndustrial
1.1 Introdução
Uma planta industrial é um arranjo de uni-
dades de processos físico-químicos (reatores,
trocadores de calor, bombas, colunas de desti-
lação, tanques, etc.), integrados de maneira ra-
cional e sistemática, cujo objetivo é converter
matérias-primas em produtos desejados, usan-
do diferentes fontes de energia, da maneira
mais econômica.
Durante sua operação, a planta precisa
satisfazer a diversos requisitos, impostos tan-
to pelo projeto e pela tecnologia adotada, quan-
to por influências externas (perturbações) de
natureza ambiental, econômica e social.
1.1.1 Segurança
A operação segura de um processo físico-
químico é requisito primário para o bem-estar
das pessoas envolvidas com a planta e a conti-
nuidade operacional da mesma. Desse modo,
variáveis de processo, como pressões, tempe-
raturas e concentrações de produtos devem ser
mantidas sempre dentro de limites aceitáveis,
ditados pelo projeto, pelos materiais empre-
gados ou mesmo pelo estado de conservação
da planta.
1.1.2 Produção
Uma unidade industrial deve ser contro-
lada, segundo um planejamento de produção,
de modo a gerar cada um de seus produtos fi-
nais na quantidade desejada, no momento ade-
quado e, ainda, satisfazendo as especificações
de qualidade dos produtos.
1.1.3 Proteção ambiental
As legislações ambientais têm sido cada
vez mais restritivas com relação aos efluentes
emitidos pelas indústrias. O correto manuseio
de resíduos sólidos, a redução e o tratamento
de gases e da água efluentes devem estar no
mesmo nível de prioridade da segurança e da
produção.
1.1.4 Restrições operacionais
Os vários tipos de equipamentos usados
nas plantas industriais têm restrições ineren-
tes à operação de cada um deles, isto implica
em manter variáveis operacionais dentro de li-
mites. Por exemplo, alguns tipos de bomba ne-
cessitam de pressão positiva na sucção, tan-
ques podem transbordar, ou a temperatura de
um reator catalítico não deve ultrapassar de-
terminado limite superior para que o catalisa-
dor não seja destruído.
1.1.5 Aspectos econômicos
A produção de uma planta deve ser ade-
quada às condições de mercado, isto é, à dis-
ponibilidade de matéria-prima e à demanda de
produtos finais. Assim, é requerido que as con-
dições de operação sejam controladas em ní-
veis ótimos, de mínimo custo operacional e
máximo lucro.
Todos os requisitos apresentados anterior-
mente apontam para duas necessidades: a mo-
nitoração contínua daoperação da planta e in-
tervenções externas (controle) para garantir o
atendimento ao plano de produção e a outros
objetivos operacionais.
Neste cenário, pode-se compreender a
Automação Industrial como um conjunto de
disciplinas que implementam os sistemas de
monitoração e de controle de plantas industriais.
Tal implementação vai desde a concepção (pro-
jeto de controle) e a instalação, até o acompa-
nhamento do desempenho operacional e even-
tuais reajustes “em linha”, ou seja, com a planta
em operação.
1.2 Monitoramento e Controle de Plantas
de Processo
Os sistemas implementados pela automa-
ção industrial precisam atender tanto necessi-
dades de controle de equipamentos quanto de
produção e logística. Assim, devem com-
preender processos de produção em batelada
e contínuos, e ainda, tratar variáveis discretas
Impresso por Whenner Melo, E-mail whennerfm@gmail.com para uso pessoal e privado. Este material pode ser protegido por direitos
autorais e não pode ser reproduzido ou repassado para terceiros. 14/02/2024, 09:34:12
8
Automação Industrial
(estados) e contínuas (pressões, temperaturas,
vazões etc), em ambientes integrados.
Existem três classes de necessidades gerais
a que os sistemas de controle devem atender:
1. Supressão de influências de perturbações externas
Este é o objetivo mais comum de um con-
trolador numa planta. Como as perturbações
estão fora do alcance das ações operacionais,
é necessário introduzir mecanismos de con-
trole que cancelem os impactos negativos ex-
ternos, através de ações apropriadas no pro-
cesso.
Um exemplo, dos mais antigos, é o con-
trole de nível de reservatórios de água por bóia
e válvula (comporta), cujas evidências de uso
foram encontradas na cultura grega, alguns
séculos antes de Cristo.
2. Garantia da estabilidade do processo
Do ponto de vista de estabilidade, os pro-
cessos podem ser auto-regulados ou instáveis.
No primeiro caso, a variável de processo so-
fre uma perturbação, mas volta ao seu valor
inicial sem necessidade de qualquer ação ex-
terna, ao contrário dos sistemas instáveis que
precisam continuamente de ações de controle
para manter sua integridade.
Andar de bicicleta é um exemplo de esta-
bilização de um sistema instável através de
ações continuadas de controle.
3. Otimização do desempenho da planta
Segurança e atendimento à produção con-
forme programada, são os dois principais ob-
jetivos operacionais de uma planta industrial.
Uma vez atingidos, o próximo objetivo é como
fazer a operação da planta mais lucrativa. Con-
siderando que as condições que afetam a ope-
ração de uma planta não permanecem cons-
tantes ao longo do tempo, será sempre neces-
sário promover mudanças em variáveis-cha-
ves, de modo que os objetivos econômicos
sejam constantemente alcançados. Hoje, esta é
a tarefa que mais necessita do trabalho conjun-
to operador-sistema automático de controle.
A figura a seguir apresenta a hierarquia
clássica das funções de automação industrial.
A partir desta visão, no seu Plano Diretor de
Automação Industrial (PDAI-2001), a Área de
Refino da Petrobras dividiu as tarefas da auto-
mação em seis eixos, em função de caracterís-
ticas dos processos envolvidos e da natureza
das soluções a serem adotadas:
Eixo 1 – Controle e Otimização da Pro-
dução – Controle regulatório e
avançado para unidades de pro-
cessos industriais.
Eixo 2 – Gerenciamento de Movimenta-
ções e Otimização de Misturas –
Monitoração e controle de esto-
ques, movimentações de produ-
tos e preparo de produtos por
mistura.
Eixo 3 – Automatização de Procedimen-
tos e Integração Operacional.
Eixo 4 – Controle e Otimização de Ener-
gia – Controle regulatório e avan-
çado para a área de geração de
energia (principalmente elétrica).
Eixo 5 – Controle de Resíduos e Sistemas
de Segurança.
Eixo 6 – Atividades de Apoio e Sistemas
de Informação.
Figura 1 – Hierarquia da Automação.
Como resultado desta divisão, os sistemas
associados à automação podem ser separados
em cinco grupos:
1. Sistemas Digitais de Controle Distri-
buído (SDCD) e Computadores de Pro-
cesso (CP);
2. Sistemas de Controle e Monitoração de
Demanda Elétrica (SCMD);
3. Intertravamentos de Segurança;
4. Gerenciamento de Operações de Trans-
porte e Armazenamento;
5. Bases de Dados e Sistemas de Apoio à
Decisão.
Neste treinamento, apenas os três primei-
ros grupos serão abordados com mais detalhes.
1.3 SDCD (Sistemas Digitais de Controle
Distribuído) e Computadores de Processo
 Os SDCD são constituídos por três tipos
de componentes interligados por uma ou mais
vias de comunicação de dados, conforme a fi-
gura a seguir.
Impresso por Whenner Melo, E-mail whennerfm@gmail.com para uso pessoal e privado. Este material pode ser protegido por direitos
autorais e não pode ser reproduzido ou repassado para terceiros. 14/02/2024, 09:34:12
Automação Industrial
9
Figura 2 – Arquitetura típica de um SDCD.
a) Interface com o Processo – É forma-
da por Estações de Controle onde são
implementadas as estratégias ou algo-
ritmos de controle regulatório bem
como, seqüenciamento de operações e
monitoração de variáveis. Ela recebe e
envia dados para os elementos primá-
rios e finais de controle do processo.
b) Interface com a Operação – É com-
posta por vídeos coloridos, teclados e
impressoras. Através de telas dinâmi-
cas, são trocadas informações com as
estações de controle e com os compu-
tadores de processo.
c) Interface com Sistemas Externos – É
um equipamento que permite o fluxo
bidirecional de dados entre o SDCD e
outro sistema. Este último pode ser um
computador de processo, que executa
cálculos avançados de controle, outro
sistema de controle (como o SCMD), ou,
ainda, uma plataforma de engenharia de
onde se pode monitorar o desempenho
dos sistemas e realizar ajustes de
parâmetros em estratégias de controle.
Atualmente, no refino, não se fala mais
de SDCD operando de modo isolado dos com-
putadores de processo. A operação conjunta
SDCD-CP responde pela metade dos benefí-
cios possíveis de serem obtidos com automa-
ção, a outra metade fica por conta da Otimiza-
ção da Produção e da Logística. Porém, a im-
plantação de SDCD representa cerca de 70%
dos custos (conforme figura a seguir). Assim,
foi decidido que toda a implantação de SDCD
nos órgãos operacionais seria seguida da ins-
Figura 3 – Relação Custos/Benefícios da Automação.
Os benefícios da implantação do SDCD
são, basicamente, obtidos pela possibilidade
de configuração de malhas de controle mais
sofisticadas, maior facilidade de manutenção
e ajuste de estratégias de controle, maior pre-
cisão da instrumentação digital e melhor aná-
lise do processo através da integração de in-
formações que o sistema proporciona.
O controle avançado irá passar pontos de
ajuste para o SDCD (setpoints) visando me-
lhor qualidade dos produtos, maior estabilida-
de e fator operacional, aumento de rendimen-
tos e economia de energia.
Finalmente, a otimização da produção e a
logística irão conduzir as unidades de proces-
so, em conjunto, aos seus pontos ótimos de
operação, considerando a disponibilidade de
matéria-prima, a racionalização de estoques e
as oportunidades de mercado.
talação de computador de processo, rodando
estratégias de controle avançado.
Impresso por Whenner Melo, E-mail whennerfm@gmail.com para uso pessoal e privado. Este material pode ser protegido por direitos
autorais e não pode ser reproduzido ou repassado para terceiros. 14/02/2024, 09:34:12
10
Automação Industrial
1.4 Principais malhas de controle
As ferramentas de configuração do SDCD
são do tipo CAD (Computer Aided Design),
isto é, as malhas ou estratégias de controle são
montadas a partir da ligação de blocos funcio-
nais, sem necessidade de uma linguagem de
programação tradicional. Os fabricantes for-
necem bibliotecas com uma ampla variedade
de blocos, o que permite a configuração tanto
de estratégias clássicas (controle de vazão ou
de temperatura) quanto de malhas relativamen-
te complexas, como controle antecipatório ou
de saída não linear.
A figura seguinte,apresenta um exemplo
de malha de controle clássico, juntamente com
as definições de variáveis e nomenclatura ado-
tadas em controle. É ilustrado um processo em
que o líquido contido em um tanque é aqueci-
do por meio de vapor. Suponha, por exemplo,
que se deseje manter a temperatura do líquido
em 80oC.
Figura 4 – Tanque com aquecimento a vapor.
Para obter a ação de controle desejada, o
instrumento é dotado de um contato elétrico,
que é fechado quando a temperatura está abai-
xo de 80oC e aberto quando a mesma está aci-
ma desse valor. O contato elétrico, por sua vez,
Figura 5 – Diagrama de blocos da malha.
liga uma válvula solenóide, que permitirá a
passagem de vapor se a temperatura estiver
abaixo dos 80oC, fechando-se ao ser ultrapas-
sada essa temperatura.
No processo descrito, a variável controla-
da é a temperatura do líquido, e o controle é
obtido por meio da ação sobre a vazão de va-
por, a variável manipulada.
A variável controlada é uma grandeza fí-
sica que pode ser medida, tal como tempera-
tura, pressão, nível, vazão, etc. Em processos
de refino, a variável manipulada é, em geral,
uma vazão. Em sistemas elétricos/eletrônicos,
a variável manipulada pode ser uma corrente
ou uma potência elétrica.
O sinal do sensor é comparado com o pon-
to de ajuste, ou setpoint (SP), o resultado de
tal comparação será o desvio ou erro – dife-
rença entre o valor medido e o setpoint.
O controlador recebe o desvio e deve
tomar uma ação compatível com esta infor-
mação recebida, gerando um sinal de saída para
o elemento final de controle, neste caso a vál-
vula solenóide. Este tipo de malha de controle
é também conhecido por malha de controle
com realimentação ou em feedback.
É importante familiarizar-se com a repre-
sentação em diagrama de blocos, como o da
figura a seguir, uma vez que esta é largamente
utilizada na literatura de controle. São diagra-
mas relativamente simples, cujos retângulos
correspondem a elementos que transformam
um sinal em outro. Assim, por exemplo, o re-
tângulo “controlador” corresponde a um ele-
mento que transforma o sinal de erro em sinal
de saída para a válvula solenóide.