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AULA 6 SISTEMA DE CONTROLE INDUSTRIAL Prof. Alexandre Arioli 02 CONVERSA INICIAL Caro aluno, seja bem-vindo à sexta aula de Sistemas de Controle Industrial. Nesta aula iremos abordar o processo de implantação de um projeto. Exploraremos o processo de gestão de um projeto e apresentaremos suas três fases: planejamento, execução/controle e encerramento. Conheceremos também a etapa de workstatement de um projeto, sua etapa de desenvolvimento e testes de aceitação em fábrica e campo. Finalizaremos com a apresentação da documentação que é gerada durante o projeto. Neste contexto, a ideia é que no fim da aula você tenha uma boa noção das etapas necessárias para a implantação de um sistema de automação. CONTEXTUALIZANDO Nesta aula nós iremos apresentar o ciclo de um projeto: gestão, planejamento, workstatement, desenvolvimento, testes e documentação. Os objetivos de aprendizado desta aula são os seguintes: • Visualizar como ocorre na prática o ciclo de um projeto, abrangendo os diversos departamentos das empresas que participam do processo. • Considerar todos os aspectos que fazem parte da concepção de um sistema, como documentação dos requisitos, definição arquitetura, definição de solução técnica, lista de pontos, testes, ensaios e instalação. • Descrever as etapas envolvidas nos desenvolvimentos, Teste de Aceitação em Fábrica (TAF), Teste de Aceitação em Campo (TAC) e na manutenção posterior (Lamb, 2015). Iremos compreender como os conhecimentos apresentados nas aulas anteriores se aplicam na implementação de um sistema de controle. TEMA 1 – PROCESSO DE GESTÃO DE PROJETOS Com o objetivo de garantir o nível de qualidade dos serviços a serem executados em todas as fases do projeto, faz-se necessário que seja realizado o processo de gestão de projetos, que compreende as seguintes etapas: • planejamento; • execução e controle; • encerramento. 03 Deverão ser considerados todos os requisitos presentes na especificação técnica e nos seus anexos. A partir dessa premissa deverão ser elaborados os documentos que serão utilizados para realizar o controle do projeto como um todo e posteriormente serão apresentados ao cliente final. Os itens listados a seguir, associados às práticas de gestão de projetos, procedimentos e documentos, garantirão a qualidade e o término do projeto a ser executado. 1.1 Planejamento O planejamento do projeto é de responsabilidade do gestor designado para o projeto. Os documentos elaborados devem ser aprovados pelo gestor e pelo cliente final. Documentos de planejamento do projeto: • cronograma; • ata de reunião. 1.2 Execução e Controle A execução das atividades planejadas para o projeto é de responsabilidade dos profissionais e/ou terceiros designados pelo gestor do projeto. Cabe ao gestor do projeto executar as atividades de monitoramento e controle do escopo do projeto, tendo como base os documentos gerados na etapa de planejamento e agindo de acordo com os processos de gestão de projeto. Esse acompanhamento é também feito por reuniões que, quando necessárias, são documentadas em atas de reuniões. As atividades que resultam em entregas para o cliente são definidas nos documentos gerados no planejamento do projeto. As entregas do projeto, quando finalizadas, são submetidas ao controle de qualidade previsto no planejamento do projeto e registrado nos documentos de registro de processo. Documentos da execução e controle do projeto: • workstatement; • caderno de telas; • caderno de testes de plataforma; • caderno de testes de campo; • termo de aceitação de etapa; • relatório de acompanhamento do projeto. 04 1.3 Encerramento O encerramento do projeto compreende dois processos: obtenção da aceitação formal do cliente e entrega do databook. Documentos do encerramento do projeto: • termo de aceitação do projeto; • termo de entrega do databook. TEMA 2 – WORKSTATEMENT Na etapa do workstatement do sistema, serão compiladas as funcionalidades e as características do sistema proposto para o cliente. Também será elaborado um documento que irá conter as diretrizes para o desenvolvimento, a aquisição de equipamentos e a implementação do sistema de controle solicitado na especificação técnica do cliente. Nessa etapa, devem ser conduzidas reuniões com o cliente para a discussão detalhada dos requisitos do sistema e sua implementação. Ainda nessa etapa, serão avaliadas as funcionalidades requeridas e determinada sua forma de implementação no sistema de controle, adicionando as adequações possíveis que venham a ser necessárias, determinadas pelo cliente, diante das possibilidades de implementação da solução utilizada. Essas ações têm como objetivo adequar os requisitos técnicos apresentados na especificação técnica do cliente e as funcionalidades disponíveis nos hardwares e softwares utilizados na implantação do sistema. Nessa etapa, a disponibilidade de informações e a participação ativa do cliente e de fornecedores são essenciais para um workstatement consistente e, com isso, termos uma base sólida para o desenvolvimento e a implementação do sistema. O workstatement deverá conter em seu escopo os seguintes itens: • definição dos responsáveis de cada área e fluxo de comunicação; • definição do cronograma físico/financeiro do projeto; • topologia da arquitetura do sistema; • definição do hardware de controle (CLP) e de supervisão que serão utilizados na implementação da solução; • descritivo do funcionamento da lógica de controle; • definição dos protocolos de comunicação que serão utilizados; 05 • definição de layout básico, padronização e estrutura de navegação para a interface gráfica do sistema de supervisão e controle; • definição de relatórios a serem desenvolvidos, especificando os seus formatos, características funcionais e informativas; • avaliação de riscos com vistas a identificar falhas no processo, nos equipamentos e na operação para levantamento de dados para o desenvolvimento do sistema. Requisitos necessários para descrição dos itens listados anteriormente: • reunião de abertura de projeto e levantamento das documentações e características técnicas e funcionais, bem como de infraestrutura existente e demais informações, além da documentação que possibilite o estabelecimento das definições de implementação das funcionalidades requeridas na especificação técnica do cliente. • reuniões com o cliente final para o estabelecimento das definições de implementação das funcionalidades requeridas na especificação e uma confrontação com a solução apresentada no workstatement. O workstatement tem finalidade de fornecer uma visão global da arquitetura e das funcionalidades do sistema, identificando todos os seus elementos construtivos com clareza, e submetê-las à aprovação das áreas do cliente. TEMA 3 – DESENVOLVIMENTO 3.1 Lista de pontos A primeira e talvez a mais importante etapa no processo de automação de um sistema é o levantamento dos pontos de monitoramento referentes à interligação entre o CLP, o equipamento, a máquina ou a planta a ser automatizada. Após a definição desses pontos de entrada e saída, devemos determinar o número de sensores e atuadores do projeto para determinar qual o nível de CLP que iremos utilizar (Parede; Gomes, 2011). Uma vez de posse dessas informações e levando em conta que projetos novos sempre podem estar sujeitos a ajustes de último momento e solicitações de contingência do cliente, costuma-se manter reserva de entradas e saídas além daquelas do projeto original (Parede; Gomes, 2011). 06 A informação sobre quais sensores e quantas interfaces existem disponíveis nos módulos de CLP a serem utilizados servirá também como documentação prévia formatada ao programador. O programador deverá vincular cada sensor ou atuador utilizado a um endereço de entradaou saída do CLP, definindo o endereço para a leitura e escrita de sensores e atuadores que vão compor o projeto (Parede; Gomes, 2011). Tabela 1 – Lista de Pontos Fonte: Parede; Gomes, 2011, p. 61. 3.2 Elaboração do programa do CLP Diversas técnicas podem ser utilizadas para apresentar uma sequência lógica aos programadores que iniciam seus trabalhos com CLP. Serão apresentadas duas formas para facilitar o entendimento do sequenciamento a ser seguido na elaboração de um programa, de acordo com Parede e Gomes (2011). 3.2.1 Ligar, manter ligado e desligar Trata-se de uma forma de elaborar programas utilizando selos lógicos em cada linha do programa. Esse procedimento facilita o trabalho dos programadores sem muita experiência em programação de CLPs, por ser de fácil entendimento e possibilitar a construção de lógicas simples (Parede; Gomes, 2011). Vamos levar em conta as seguintes variáveis: • Variável A: responsável por ligar determinada saída digital. • Variável B: responsável por desligar determinada saída digital. • Variável C: saída digital ligada por A e desligada por B (Parede; Gomes, 2011). Completando o descritivo, consideremos que as variáveis A e B são energizadas quando são pressionadas as botoeiras A e B, respectivamente. A 07 leitura do estado da variável C é justamente o que define se essa variável deve manter-se ativa ou não. Apresenta-se, a seguir, a linha de programação (Figura ) que executa essa tarefa e sua análise (Parede; Gomes, 2011). Figura 1 – Linha de programação Fonte: Parede; Gomes, 2011, p. 62. Quando a botoeira A é acionada, considerando que a botoeira B encontra- se em repouso, a variável A torna-se verdadeira, garantindo a continuidade lógica para o acionamento da variável C. Dado que a variável C agora é verdadeira, sua leitura em paralelo com a variável A ainda garante a continuidade lógica na variável C. Essa situação agora se mantém independente do status da variável A. No entanto, basta que a variável B seja falsa, isto é, que a botoeira B seja acionada, para interromper a continuidade lógica na variável C e desligar todo o circuito (Parede; Gomes, 2011). 3.2.2 Passos e Transições A técnica de programação de passos e transições é muito útil na elaboração de programas de natureza essencialmente sequencial, ou seja, quando os acionamentos dependem do ponto da sequência em que o sistema se encontra. Essa técnica baseia-se no estudo do que deve ocorrer e por quanto tempo, caso o controlador receba alguma informação do processo. Ela é recomendada quando a lógica com intertravamento puro se mostra muito extensa, exigindo a criação e manipulação de diversas memórias auxiliares, o que torna o programa como um todo difícil de entender (Parede; Gomes, 2011). Essa técnica consiste basicamente em definir bits que correspondam aos passos da sequência de funcionamento ou estados do programa. Os passos são níveis lógicos que determinadas entradas ou saídas devem encontrar de modo a 08 habilitar uma nova etapa do processo. Para que esse novo passo seja obtido, é necessário que ocorram transições, até que um novo passo seja alcançado (Parede; Gomes, 2011). Exemplificando de forma prática: a válvula que abastece um reservatório só deve ser desligada quando ele estiver cheio, ou seja, o primeiro passo é o reservatório vazio e a primeira transição é encher o reservatório abrindo a válvula. O segundo passo é o reservatório cheio, que provoca uma segunda transição, que é fechar a válvula (Parede; Gomes, 2011). Vários são os processos que podem ser montados com essa técnica, dentre eles projetos de esteira transportadora de caixas com cilindros expulsores. Com o sistema descrito na Figura 2, pode-se aprofundar a análise dessa técnica de programação (Parede; Gomes, 2011). Figura 2 – Exemplo de esteira transportadora Fonte: Parede; Gomes, 2011, p. 65. Sequência de trabalho do sistema: • Quando uma caixa for detectada pelo sensor S1, o motor M1 deve ser acionado e o transporte da caixa iniciado. • Quando a caixa se aproximar do sensor S2, o motor deve ser desligado e o avanço do cilindro CIL1 acionado. • Quando o cilindro CIL1 chegar a sua posição final, o avanço do cilindro CIL2 deve ser acionado. • Quando o cilindro CIL2 chegar a sua posição final, os cilindros CIL1 e CIL2 devem retornar, habilitando o sistema para um novo ciclo de operação (Parede; Gomes, 2011). 09 Para esse sistema, a sequência de passos da Tabela 2 pode ser desenvolvida. Tabela 2 – Sequência de passos Fonte: Parede; Gomes, 2011, p. 66. Pela sequência é possível perceber que cada passo do programa corresponde a um ponto em que dada ação deve ser tomada, seja a execução ou a interrupção de uma instrução, seja a espera de determinada condição. Dessa maneira, durante todo o ciclo de funcionamento do programa, apenas um estado da sequência permanece ativo por vez, garantindo o comportamento preciso e confiável do sistema (Parede; Gomes, 2011). Podemos utilizar a definição de que cada passo do programa corresponde a um bit. Os passos são executados de forma sequencial; o primeiro deles deve ser o primeiro da sequência lógica definida no programa e pré-requisito de análise para os subsequentes. Nessa técnica, é comum a padronização com o uso das instruções set e reset, vistas anteriormente – ou seja, em cada transição, devemos resetar o passo dado e setar o seguinte (Parede; Gomes, 2011). 3.3 MONTAGEM DE PAINEL A montagem de painel envolve a montagem de componentes elétricos, um plano de fundo de uma caixa de metal e a fiação desses componentes. O desenho estrutural do painel e os projetos elétricos são usados para dispor os componentes 010 da maneira prescrita. Os painéis elétricos possuem diferentes formas e uma variedade de componentes. Os elementos, desde CLPs e outros controladores até partidas de motores e acionadores de servos, podem ser montados no painel. Tensões de 5 a 125 Vcc e 127 VCA até 480 VCA ou maiores podem estar presentes no mesmo painel, e muito cuidado deve ser tomado para mantê-las separadas. Figura 3 – Painel de potência Fonte: Shutterstock, 2017. 011 Figura 4 – Painel de controle Fonte: Shutterstock, 2017. TEMA 4 – ENSAIOS DE ACEITAÇÃO Deverão ser submetidos a ensaios de aceitação todos os itens do fornecimento do sistema de supervisão e controle. Esses ensaios visam comprovar que os desenvolvimentos realizados com base no workstatement, projetos elétricos e lista de pontos aprovadas estão funcionamento corretamente. Os ensaios são divididos em duas etapas que serão apresentadas a seguir. 012 4.1 Testes de aceitação em fábrica Consiste no seguinte conjunto de ensaios: • Ensaios de rotina: todos os itens fornecidos, sejam destinados à operação imediata ou à composição do estoque de sobressalentes, deverão ser submetidos a testes comprobatórios de seu funcionamento e construção conforme as especificações. • Ensaio de funcionamento integrado em plataforma de testes: o sistema completo deverá ser submetido a testes para a comprovação de seu funcionamento em situação semelhante a que encontrará quando da operação normal. Para esse ensaio, utilizam-se equipamentos do projeto ou simuladores, de modo que sejam testadas a comunicação e as funcionalidades associadas. Essa fase corresponde à constatação do atendimento da especificação técnica do cliente e workstatement, devendo ser verificado se o sistema como um todo responde de modo totalmente satisfatório às solicitações impostas. O sistema integrado em plataforma deverá ser o próprio sistema a ser instalado em campo, incluindo todos os módulos, equipamentos e programas em configuração idêntica ou próxima à que será utilizada na aplicação. Uma vez concluída a fase inicial do ensaio, em que uma configuração completa do sistema deveráestar presente e simulando as condições mais próximas possíveis das condições reais de operação, todos os módulos sobressalentes deverão ser também incluídos, substituindo-se módulos instalados, de forma que se comprove o funcionamento integrado de todos os módulos funcionais do fornecimento. Os procedimentos de ensaios do sistema integrado em plataforma deverão apresentar uma sequência lógica que permita uma verificação completa de todas as funções do sistema fornecido, nas condições possíveis de operação. Deverá ser realizado um ensaio para a verificação do funcionamento de todos os equipamentos integrantes da plataforma, mediante os recursos de simulação e autodiagnose disponíveis na própria plataforma de ensaio. Deverão ser demonstrados todos os recursos de programação, configuração, parametrização, simulação, depuração e supervisão disponíveis no sistema operacional, programas utilitários e programas aplicativos. 013 Os ensaios de funcionamento integrado em plataforma devem incluir especificamente os seguintes testes: • verificação dos estados de conservação de todos os equipamentos e módulos; • verificação das respostas funcionais dos sistemas a variações em cada sinal de entrada e das ações das funções de comando em cada sinal de saída, na interface com o processo controlado; • verificação completa de todas as funcionalidades dos sistemas para a detecção de falhas e reconfiguração automática; • verificação completa de todas as funcionalidades do sistema de supervisão e controle; • partida dos sistemas integrados e realização de todas as ações de operação típicas. Os sistemas deverão ser testados em condições de partida, parada e operação em regime, de forma a verificar a estabilidade do processo; • verificação de todos os tempos de respostas, taxas de ocupação e velocidades pertinentes; • testes de interoperabilidade. 4.2 Testes de aceitação em campo Cada sistema deverá ser submetido a ensaios para a comprovação de seu funcionamento, já instalado em seu local de operação definitivo e integrado a todos os equipamentos. Os ensaios de aceitação em campo deverão ser realizados progressivamente, incluindo todos os itens do fornecimento. Os sistemas fornecidos já deverão estar integrados aos sistemas computacionais externos ao fornecimento e interligados ao processo. Para o início do ensaio de aceitação em campo são necessárias as seguintes condições: • recebimento em campo dos itens pertinentes ao fornecimento, inclusive dos itens sobressalentes em reserva de consumíveis; • conclusão de todos os fornecimentos e serviços de integração e instalação; • disponibilidade dos equipamentos e sistemas de outros fornecimentos vinculados operacionalmente com o sistema em teste; 014 • no mínimo, os ensaios de aceitação em campo deverão incluir: o verificação completa da instalação; o verificação dos estados de conservação de todos os equipamentos e módulos; o verificação das respostas funcionais dos sistemas a variações em cada sinal de entrada e das ações das funções de comando em cada sinal de saída, na interface com o processo controlado; o verificação funcional de todas as comunicações internas e externas; o repetição de todos os ensaios funcionais do sistema de supervisão e controle realizados na plataforma de ensaios que puderem ser repetidos em campo. Também deverão ser incluídos todos os ensaios de integração que por razões técnicas não puderam ser simulados em plataforma; o verificação completa de todos os modos de operação, bem como interações homem-máquina; o verificação completa de todas as funcionalidades do sistema de supervisão e controle; o verificação completa de todas as funcionalidades dos sistemas para a detecção de falhas e reconfiguração automática; o partida dos sistemas integrados e realização de todas as ações de operação típicas. Os sistemas deverão ser testados em condições de partida, parada e de operação em regime, de forma a verificar a estabilidade do processo; o verificação de todos os tempos de resposta, taxas de ocupação e velocidades pertinentes; o verificação do funcionamento em modo degradado. TEMA 5 – DOCUMENTAÇÃO 5.1 Cronograma O cronograma detalhado deverá ser elaborado observando as melhores práticas de gerenciamento de projetos e considerando, no mínimo, os seguintes requisitos: • Deverá haver um marco de início do projeto e um marco de fim do projeto. • Deverão ser previstos marcos para as principais etapas do projeto. 015 • Todas as atividades do cronograma devem possuir sucessoras e predecessoras. • Todas as entregas devem estar assinaladas com marcos. • Todas as atividades devem possuir recursos (equipes, recursos humanos) atribuídos e nivelados para sua execução. • As estimativas da duração das atividades devem ser feitas levando em consideração o esforço necessário para sua execução (controladas pelo empenho). • A duração das atividades deve ser baseada em estimativas realistas. Essas estimativas devem ser realizadas com base na expertise da equipe de projeto. 5.2 Plano de comunicação Deverá ser apresentado ao cliente o plano de comunicação do projeto, contendo: • nome do profissional; • função; • e-mail; • telefone. Em conjunto com a equipe de projeto do cliente, deverá ser definido como serão os fluxos de informações e outras comunicações entre as várias equipes de engenharia, manutenção e operação. 5.3 Relatório de acompanhamento do projeto Durante o projeto deverá ser entregue ao cliente, de forma semanal ou quinzenal, um relatório de acompanhamento do projeto contendo as realizações, os marcos de entrega, problemas encontrados e riscos. 5.4 Lista de pontos O documento gerado na fase de desenvolvimento do sistema deverá ser entregue em sua última versão. 016 5.5 Caderno lógico Quando a especificação técnica do cliente solicitar a geração de cadernos lógicos, os gestores deverão apresentar sua proposição para geração dessa documentação. O caderno lógico deverá ser elaborado utilizando linguagem de diagramas em blocos. Dessa forma, o programa é apresentado de forma gráfica, amigável e de fácil compreensão. Em todos os cadernos deverão ser apresentadas as legendas para todos os blocos utilizados durante a elaboração do documento. Os cadernos devem conter ainda um índice com o descritivo de todas as variáveis de entradas e saídas, declarando suas funções. Deverá ser realizada a referência cruzada das variáveis utilizadas no programa para facilitar seu entendimento. Dessa forma, será possível visualizar na origem da variável, isto é, no momento em que ela é criada no programa, em qual página ela será utilizada novamente. Da mesma forma, será indicada nas variáveis utilizadas nas entradas das lógicas qual a página em que ela foi originada. A ordem das lógicas de cada caderno a ser elaborado deverá ser de acordo com a divisão feita em cada programa dos CLPs. 5.6 Arquitetura do sistema O documento deve conter a arquitetura detalhada de rede, contendo todos os equipamentos que integram o sistema de supervisão e controle. A arquitetura deve apresentar nome do equipamento, modelo, meio físico de comunicação e protocolo de comunicação, contendo o endereçamento IP e a máscara de rede. 5.7 Lista de Endereçamento Uma lista com todos os equipamentos e seus respectivos IPs e endereços de rede deve ser elaborada durante a fase de desenvolvimento e entregue ao cliente na entrega do projeto. 5.8 Caderno de testes e TAF e TAC Para a realização dos testes de aceitação em fábrica e campo se faz necessária a utilização de um caderno que deverá descrever os softwares/equipamentos utilizados e o roteiro dos testes. 017 O caderno deverá conter, no mínimo, os seguintes itens: • descritivo do roteiro dos testes, contendo o que será executadopor dia; • equipamentos e softwares que serão utilizados; • descritivo da funcionalidade de cada equipamento e software utilizado; • descritivo das lógicas de controle a serem testadas; • descritivo das telas a serem testadas, em que todos os pontos existentes deverão estar listados para conferência; • descritivo da lista de sinalizações, navegações, entre outras ações existentes na tela que deverão ser testadas; • descritivo do tempo de armazenamento das variáveis analógicas e banda morta; • descritivo das funções de consulta, gráficos e relatórios; • descritivo dos testes de comunicação; • descritivo dos ensaios das proteções; • descritivo dos ensaios de controle; • descritivo dos ensaios de rede; • de posse do caderno de testes, os resultados serão anotados para registro dos testes e intervenções realizadas no sistema. Esses documentos deverão ser entregues ao cliente antes do início dos testes de aceitação em fábrica e campo para aprovação. 5.9 Projeto Elétrico Quando a especificação técnica do cliente solicitar o fornecimento de painéis, deverá ser apresentado ao cliente o projeto dimensional e elétrico desses painéis. O projeto elétrico/dimensional deverá ser elaborado de forma que as ligações e conexões elétricas sejam apresentadas no formato unifilar ou trifilar. Dessa forma, o projeto é apresentado de forma gráfica, amigável e de fácil compreensão. Em todos os projetos deverão ser apresentadas as legendas para todos os equipamentos/dispositivos utilizados. Eles devem conter ainda um índice com o descritivo de todas as páginas, a referência cruzada das ligações elétricas e a lista de materiais. 018 FINALIZANDO Como vimos nesta sexta aula, apresentamos informações sobre as etapas para a implantação de um sistema de controle para qualquer tipo de processo. Como verificamos, para implementarmos um sistema devemos começar pelo planejamento e gestão do processo, sendo estas as etapas que darão as diretrizes para a implantação da solução. Conhecemos a etapa de workstatement, que irá apresentar funcionalidades e as características do sistema proposto para o cliente. A etapa de desenvolvimento será realizada tendo como base o workstatement e a lista de pontos aprovadas, sendo que a forma de implantação da lógica de controle será definida pelo gestor e pela equipe técnica. Para validação dos desenvolvimentos são realizados os ensaios de fábrica e campo, em que todos os ensaios relativos ao processo devem ser executados. Para finalizarmos, verificamos os tipos de documentos que são gerados durante a execução de um projeto e sua importância. 019 REFERÊNCIAS LAMB, F. Automação Industrial: na prática. Porto Alegre: McGraw-Hill, 2015. PAREDE, I. M.; GOMES, L. E. L. Habilitação Técnica em Eletrônica 6: Automação Industrial. São Paulo: Fundação Padre Anchieta, São Paulo, 2011. Disponível em: <http://eletro.g12.br/arquivos/materiais/eletronica6.pdf>. Acesso em: 08 jan. 2018. SHUTTERSTOCK. Disponível em: <https://www.shutterstock.com/home>. Acesso em: 08 jan. 2018.
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