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2 Principais Funcionalidades da Automação INTEGRAÇÃO DE SISTEMAS E CONTROLE DE DADOS SUPERVISÃO REMOTA DE GRANDEZAS E ESTADO MONITORAÇÃO DE ALARMES EM TEMPO REAL TELECONTROLE DE ATIVIDADES E COMANDOS RELATORIO DE SEQUENCIA DE EVENTOS INTERTRAVAMENTOS E COMUNICAÇÃO DE DADOS GESTÃO DA MANUTENÇÃO RELATORIOS PERIODICOS E AUTODIAGNOSE 3 Principais objetivos da Automação Industrial Aumentar a Produtividade Reduzir custos operacionais Aumentar a segurança para operadores Melhorar as condições de operação Aumentar o MTBF (tempo médio entre falhas) Reduzir MTTR ( tempo de máquina parada) 4 Principais objetivos da Automação Industrial Reduzir consumo de insumos Simplificar as instalações Reduzir refugos Aumentar os níveis de controle 5 Desafios da Automação Industrial Interoperabilidade: busca por padronização Algoritmos de controle eficientes Algoritmos de detecção e previsão de falhas Sistemas de gerência de informação Diminuição de custo Escalabilidade 6 Características Técnicas Importantes Portabilidade capacidade de implementação da mesma funcionalidade em diferentes plataformas de hardware. Expansibilidade capacidade de crescimento incremental de hardware (upgrade, adição ou substituição de máquinas) e de software (adição de novas funcionalidades). 7 Modularidade as funções são implementadas em módulos isolados, que podem ser inseridos, retirados ou alterados sem interferência nos demais. substituição adição eliminação Características Técnicas Importantes 8 Características Técnicas Importantes Interconectividade /interoperabilidade capacidade de conexão de plataformas de hardware distintas e de diferentes portes através de uma rede padrão. 9 Escalabilidade capacidade de o mesmo software básico suportar sistemas de diferentes portes. Centro Regional Centro Local Centro da Empresa Centro Nacional Sistema Características Técnicas Importantes 10 Gestão da tecnologia Diversos aspectos de implementação Estratégia de Migração Níveis de automação 11 Gerenciamento da Tecnologia Processo de escolha da tecnologia Apoio à implantação Satisfação e apoio dos empregados só são mantidos se a mudança tecnológica for bem administrada 12 Gerenciamento da Tecnologia Passos p/ adoção de novas tecnologias: 1. Escolha entre alternativas Verificar as opções existentes no mercado Analisar flexibilidade da tecnologia Custos versus tempo de utilização Adaptação à cultura da empresa Adaptação aos processos da empresa 13 Gerenciamento da Tecnologia 2. Aquisição de tecnologia adquirir somente os equipamentos contratar serviços de suporte para implantação contratar serviços de suporte para a operação 3. Integração da tecnologia Planejar a transição Realizar adaptações, se necessário 14 Gerenciamento da Tecnologia 4. Aspectos humanos respeitar as pessoas e suas funções ouvir as demandas no momento de escolha solicitar a participação no projeto de transição solicitar a participação na manutenção, avaliação e adaptação do processo 5. Liderança Prover as informações necessárias, de modo a diminuir as incertezas e inseguranças 15 Estratégia de Migração de Automação A competição por mercado consumidor obriga as companhias a introduzir novos produtos no menor tempo possível. 3 estágios: Produção manual Produção automatizada Produção automatizada integrada 16 Estratégia de Migração de Automação 1. Produção manual Células com operação manual e movimentação manual 2. Produção automatizada Células com operação automatizada e movimentação manual entre células 3. Produção automatizada integrada Células com operação automatizada e movimentação automatizada entre células 17 3 estágios de migração Demanda Fase 3 Tempo Produção Manual Produção Automatizada Produção Automatizada e Integrada Fase 2 Fase 1 18 A estratégia de migração tem como vantagens: pequeno tempo de lançamento de novos produtos (baseado no trabalho manual); permite a introdução gradual da automação (conhecimento do processo); redução do risco associado ao investimento em automação. 19 TERMINOLOGIA BÁSICA Telecomando É a função de um sistema de automação ser capaz de alterar, à distância, o estado dos equipamentos e/ou alterar a posição relativa de algum dispositivo. Telesupervisão É a função de um sistema de automação capaz de, à distância, observar o estado de equipamentos (aberto, fechado, com tensão, sem tensão, etc.) e realizar a aquisição de grandezas elétricas (tensão, corrente, potência, etc.) do Sistema Elétrico. Telesinalização É a função de um sistema de automação ser capaz de adquirir, à distância, a mudança de estado dos equipamentos e/ou condições limites de alguma grandeza do Sistema . 20 CLP - Controlador Lógico-programáveL SDCD - Sistema Digital de Controle Distribuído CIM - Manufatura integrada por Computador CAD - Projetos Assistidos por Computador CAE - Engenharia Assistida por Computador CAM - Manufatura Assistida por Computador CAT - Testes e Controle de Qualidade Assistidos por Computador CAP - Planejamento Assistido por Computador CNC - Comando numérico Computadorizado TERMINOLOGIA BÁSICA 21 TERMINOLOGIA BÁSICA Plano Diretor – definição das metas básicas de implantação de um sistema a ser automatizado Retrofit – é a incorporação de avanços tecnológicos e da utilização de materiais e processos de última geração em equipamentos existentes aumentando assim a sua vida útil Protocolo - Regras de comunicação numa rede de computadores ou dispositivos microprocessados 22 EVOLUÇÃO DA AUTOMAÇÃO SISTEMAS CENTRALIZADOS SISTEMAS BATCH DISTRIBUIÇÃO LIMITADA FILOSOFIA PROPRIETÁRIA FILOSOFIA ABERTA HARDWARE DE BAIXO CUSTO IMPACTO DE CONSUMO TEMPO REAL TECNOLOGIA VLSI SISTEMAS INTEGRADOS TECNOLOGIA ULSI NANOTECNOLOGIA TECNOLOGIAS ORIENTADAS A OBJETOS SISTEMAS ESPECIALISTAS REDES NEURAIS ARTIFICIAIS COMPUTAÇÃO PARALELA SISTEMAS DISTRIBUÍDOS MULTIUSUÁRIO TIME SHARING BANCO DE DADOS SOFTWARE ALTO NIVEL TECNOLOGIA SEMICONDUTOR 1960 1970 1980 1990 2000 Os computadores são o alicerce de toda a tecnologia da automação contemporânea. 23 TERMINOLOGIA BÁSICA REAL-TIME (TEMPO-REAL) Semelhante aos sistemas de tempo compartilhado. porém o tempo de resposta devem estar dentro de limites rígidos, por monitorar sistemas de prioridades . Ex.: QNX, RTENS, Utilização de camadas especiais no Windows NT, UNIX, Linux. TIME-SHARING (TEMPO-COMPARTILHADO) O sistema operacional aloca uma 'fatia de tempo' (time-slice) do processador para cada usuário. Caso o programa do usuário não esteja concluído nesse intervalo de tempo, ele é substituído por um de outro usuário, e fica esperando por uma nova fatia de tempo; SISTEMA BATCH (LOTE) Sistemas que não compartilham processos, são monotarefa, os programas quando executados são armazenados em disco ou fita, onde esperam para serem 'atendidos'. 24 EVOLUÇÃO DE COMPUTADORES SISTEMA BATCH SISTEMA TIME SHARING CPU E/S E/S E/S E/S CPU E1 E2 E3 S1 S2 S3 SISTEMA EM REDE CPU CPU CPU CPU 25 EVOLUÇÃO DA AUTOMAÇÃO NAS EMPRESAS No início, quando uma empresa era automatizada, existiam várias operações automatizadas separadamente (intervenção humana era essencial para sincronizar etapas). Tentativa de centralização – de um único local partiam as decisões. Com o desenvolvimento dos clps e pcs se tornou possível o desenvolvimento de redes para a integração de informações. As redes industriais passaram a ter uma divisão em três camadas. 26 Redes empresariais 27 AUTOMAÇÃO NAS EMPRESAS NÍVEL DE CAMPO NÍVEL DE CONTROLE NÍVEL DE PLANTA Rede de Controle Supervisão Banco de Dados Rede de Planta ou Gerenciamento Rede de Campo 28 NIVEIS DE AUTOMAÇÃO 29 AUTOMAÇÃO NAS EMPRESAS 16/09/2014 30 Processos Processo contínuo Processo discreto 30 31 Níveis de automação O conceito de automação pode ser aplicado em diversos níveis das operações de fábrica: nível de dispositivo; nível de máquina; nível de célula ou sistema; nível de planta; nível de corporação. 32 Níveis de automação Planta Dispositivo Máquina Sensor, atuador Célula ou Sistema corporativo Máquinas individuais (CN), esteiras Grupos máquinas ( células, linhas) Sistema de Produção Informações corporativas 1 2 3 4 5 33 nível de dispositivo É o nível mais baixo na hierarquia da automação Incluem sensores, atuadores e outros equipamentos que auxiliam a realizar a função de controle Processo Atuador Sensor Controlador A completa automatização de um sistema envolve o estudo dos quatro elementos da figura seja o sistema de pequeno, médio ou grande porte. ESQUEMA BASICO DE UM SISTEMA DE AUTOMAÇÃO 35 ESQUEMA BASICO DE UM SISTEMA DE AUTOMAÇÃO Elemento Controle Elemento sensor Elemento atuador Software Base de Dados 36 ELEMENTOS DE UM SISTEMA DE AUTOMAÇÃO Elemento de Controle utiliza informação dos sensores para Acionar os atuadores. Ex: clp Elemento sensor efetua a coleta de dados ou medições do Sistema. Ex: sensores de temperatura, tensão, Corrente, etc. Elemento acionador Provê o sistema de energia para atingir determinado Objetivo. Ex: motores, relés, contatores Elemento comparador Compara os valores medidos com os valores estabelecidos Ex: softwares, termostatos, etc. 37 ESQUEMA BASICO DE UM SISTEMA DE AUTOMAÇÃO 16/09/2014 Marco Antonio Ribeiro 38 Malha de controle de temperatura 16/09/2014 39 Malha de controle de vazão Controlador convencional de painel 16/09/2014 40 Temperatura Pressão Vazão Nível Análise Chama Condutividade Densidade Tensão Variáveis contínuas de processo Energia e potência Corrente elétrica Tempo e frequência Umidade relativa, Radiação Velocidade Vibração Peso e força Posição e dimensão. 40 16/09/2014 41 Quanto ao tempo, as variáveis de processo podem ser classificadas como: Analógicas ou contínuas Discretas Os sinais que representam as variáveis podem também ser classificados como: Analógicos Discretos Pulsos Digitais Variáveis do processo 41 As variáveis analógicas são aquelas que variam continuamente com o tempo, a figura (a). Elas são comumente encontradas em processos químicos advindas de sensores de pressão, temperatura e outras variáveis físicas. As variáveis digitais, ou discretas, são aquelas que variam discretamente com o tempo, figura(b). Variáveis de processo 16/09/2014 Marco Antonio Ribeiro 43 Processo contínuo e controlador analógico 43 16/09/2014 44 Processo contínuo e controlador digital 44 46 Estrutura de Automação - evolução Controle de set-point Controle Ponto-a-Ponto SDCD (Sistema Digital de Controle Distribuído) 16/09/2014 Marco Antonio Ribeiro 47 Sistemas de controle 47 48 Estratégia Ponto-Ponto 16/09/2014 Marco Antonio Ribeiro 49 Há duas estruturas básicas para fazer controle de processo: SDCD – Sistema Digital de Controle Distribuído SCADA – Supervisory Control and Data Acquisition - Sistemas de Supervisão e Aquisição de Dados Sistemas de controle 49 50 Evolução da instrumentação funções dos instrumentos (condicionamento de sinal, controle e display) foram distribuídas geograficamente. substitui instrumentos analógicos, para aplicações de controle contínuo PID. Poderosa interface homem máquina. SDCD –Sistema Digital de Controle Distribuído 51 SDCD –Sistema Digital de Controle Distribuído A filosofia do sistema de controle digital distribuído é a de dividir os equipamentos em vários módulos funcionalmente distintos: processo, controle, operação, gerenciamento e comunicação 16/09/2014 52 1963 – Controle digital direto (DDC) foi introduzido na indústria petroquímica (Texaco) 1969 – CLP foi introduzido no mercado, Modicon 1972 – Último sistema analógico SPEC 200, Foxboro 1975 – Primeiro sistema digital de controle distribuído, TDC 2000, Honeywell Controle PID, programa flexível Sistema de controle em rede, sintonia por configuração e acesso de IHM. SDCD ou DCS 52 16/09/2014 53 Tecnologia digital com rede de comunicação Evolução rápida da automação na indústria de processo O mesmo algoritmo de controle PID Redução de custo de suporte e manutenção para grande quantidade de malhas Controle digital industrial se torna uma comodity Aparecimento de controle supervisório e monitoração. SDCD 53 16/09/2014 54 Atualmente o comum é usar sistemas para fazer o controle global da planta e segurança. Sistema de controle possui um controlador em sua arquitetura, em forma de bloco PID CLP, SDCD e PC possuem blocos PID que executam a ação de controle. IHM Sistemas de controle 54 16/09/2014 Marco Antonio Ribeiro 55 SDCD – Sistema Digital de Controle Distribuído orientado para o controle de processos grandes e complexos, que tenham muitas ações de controle PID. Aplicado em refinarias de petróleo SCADA – Supervisory Control and Data Acquisition - Sistemas de Supervisão e Aquisição de Dados Sistemas de controle 55 16/09/2014 Marco Antonio Ribeiro 56 SDCD – Sistema Digital de Controle Distribuído SCADA – Supervisory Control and Data Acquisition - Sistemas de Supervisão e Aquisição de Dados orientado para o controle de processos simples que tenham muitas ações de liga-desliga e pouco PID. Sistemas de controle 56 16/09/2014 57 Os equipamentos básicos do SCADA são: Controlador Lógico Programável (CLP) para fazer a aquisição de dados Computador Pessoal (PC) para rodar o supervisório e constituir a estação de operação ou a interface humano-máquina Comunicação digital para interligar o PC e o CLP e Unidades Terminais Remotas (UTR) Componentes do SCADA 57 16/09/2014 Marco Antonio Ribeiro 58 SCADA 58 16/09/2014 59 SCADA é um sistema de controle tipicamente usado para monitorar e controlar processos que tenham muitas operações de liga e desliga e poucas malhas de controle analógico PID O sistema SCADA é usado principalmente para partir e parar unidades remotas e não é usado para o controle de processos complexos. SCADA 59 16/09/2014 60 Unidades de transferência de produtos de petróleo em tubulações por bombas (líquidos) ou compressores (gases), Controle de plantas pequenas e com processos simples, como URGN (Unidade de Regeneração de Gás Natural), Distribuição de água, Plantas químicas. Aplicações do SCADA 60 16/09/2014 61 Coleta de dados do SCADA 61 SDCD x SCADA Processos grande porte Refinarias Plantas petroquímicas Processo médio porte Plataformas Poços 16/09/2014 62 16/09/2014 63 Controle com telemetria 63 Arquitetura de rede de um sistema automatizado Supervisório Sistemas Gerenciais CLP Sensores e atuadores Primeira camada Segunda camada Terceira camada Configuração básica de um sistema de automação SISTEMA CENTRAL SISTEMA DE AQUISIÇÃO DE DADOS DISPOSITIVOS DE INTERFACE PROCESSO Esquema Básico do Sistema de Automação Processo COS Telecomunicação Controlador NIVEL 0 NIVEL1 NIVEL2 PROTOCOLO PROTOCOLO COMPONENTES DO SISTEMA 68 NIVEL 1 - Dispositivo de controle NIVEL 2 – COS - Supervisão NIVEIS DO SISTEMA NIVEL 0 - Equip. do campo 69 Sistema Supervisório É um conjunto de Hardware e software que permite ao operador ter acesso a informações de um processo, tais como: - Estado operacional de equipamentos - Valores de variáveis de processo - Alarmes Relatórios Objetivo Coletar dados dos vários dispositivos de campo, e apresentá-los em formato padronizado e amigável, permitindo uma eficiente interação com o processo.. Sistema de Supervisório - Principais Funções • Alteração de parâmetros de operação : – “By-pass” de pontos de entrada; – Parametrização de instrumentos; • Registro histórico de variáveis de processo; • Armazenamento, recuperação de dados de equipamentos; • Emissão de relatórios. Ligar/ Desligar equipamentos; Apresentação de valores de variáveis em tempo real; • Geração de gráficos de tendência de variáveis de processo; • Anunciação e Reconhecimento de alarmes; • Sinalização de estado operacional de equipamentos; • Registro de eventos; Sistema de Supervisório • O sistema está estruturado através de uma série de telas e janelas; • Tela: Exibem os diversos dados disponibilizados pelo sistema, ocupando todo o espaço disponível do monitor. • Janela: Idem à tela, porém ocupando apenas uma parte do espaço disponível do monitor. COS – Centro de Operação do Sistema Sistema de Supervisório CLASSIFICAÇÃO DE TELAS • Telas e janelas são classificadas segundo o tipo de informação apresentada: - processo/utilidades; - segurança; - instrumentação; - alarmes. IHM - TELA DE OPERAÇÃO IHM Unidades do Sistema Central Sistema de operação: Incluem varias unidades, com monitores de alta resolução gráfica para a operação do sistema Unidades de desenvolvimento de telas, testes e manutenção Unidades de treinamento – utilizando base de dados atual com comando simulados 78 COS – Centro de Operação do Sistema ERP SUPERVISÃO E CONTROLE SCADA / CLP MES / PIMS Dados corporativos Dados de produção ERP = ENTERPRISE RESOURCE PLANNING MES = MANUFACTURING EXECUTION SYSTEM PIMS = PLANT INFORMATION MANAGEMENT SYSTEM SCADA = SISTEMA DE CONTROLE E AQUISIÇÃO DE DADOS CLP = CONTROLADOR LÓGICO PROGRAMÁVEL Dados de tempo real. (Redes industriais)
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