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    • Avançando de controle de processos para automação de processos

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    Funções básicas de controle podem manter um processo estável, porém é necessário muito mais para otimizar o desempenho e atingir metas específicas da empresa

    A forma como ligávamos nossos automóveis ao longo dos anos é uma analogia simples do progresso, ou falta, da tecnologia de automação de processos. Proprietários de automóveis carregavam chaves durante uma boa parte do século. No início, eram necessárias duas operações para ligar um veículo: a chave girada no interruptor, e o motorista pressionando o botão de partida. Mais tarde, a partida era realizada como uma única ação com a chave. Mais adiante ainda, os automóveis agregaram funções de travamento central, ainda realizados com uma chave mecânica.

    À medida do avanço da tecnologia, as funções desempenhadas com uma chave tornaram-se mais complexas, até que a própria chave ficou obsoleta em grande parte. Funções de controle básicas, como travar as portas e dar a partida ou parar o motor, tornaram-se mais sofisticadas. Agora o carro é capaz de detectar o proprietário (ou, pelo menos, o chaveiro em seu bolso) se aproximando, e ele destrava a porta quando ele ou ela segura a maçaneta da porta. Uma vez dentro do veículo, o sistema proporciona um meio seguro de dar a partida pressionando um botão do veículo, e pode até mesmo ir além dessas funções e ajustar os espelhos, a posição do banco e as configurações de entretenimento para atender desejos predefinidos de um motorista específico. Podemos dizer que as funções básicas de abertura, partida e de ajuste de um carro foram avançadas e elevadas até o reino da automação avançada.

    Indústrias de processo desenvolveram coisas semelhantes com os sistemas de controle. Para responder à pergunta: o que é o controle de processo realmente, temos que voltar aos primórdios dos mecanismos de controle, onde a primeira geração de controladores de malhas eletro-pneumático-mecânicas substituiu pessoas, que faziam tarefas como ajustar manualmente válvulas em resposta à algum indicador local, como um medidor de pressão.

    Embora fosse utilizado um dispositivo para automatizar uma função humana, em um esforço para controlar uma variável, não havia a sensação de como o processo estava se comportando de forma geral. Um controlador básico poderia manter uma malha individual de forma equilibrada, mais ou menos, desde que não houvesse muita perturbação no sistema. Processos complexos poderiam empregar dezenas ou mesmo centenas desses controladores, cada um com o seu desempenho exibido em um painel, assim, manter um olho no panorama geral ainda era coisa para um processo humano.

    Mudança para o controle eletrônico

    Quando plataformas de sistemas de controle distribuído (SCD) foram introduzidas na década de 1970, elas simplificaram o mecanismo dos painéis de exibição, mas não fizeram muito para melhorar seus recursos. Analisar o aspecto macro do processo ainda era, em grande parte, uma responsabilidade humana. Claro, superar as limitações técnicas dos dispositivos de campo pneumáticos com seu problemático tubo de ar comprimido facilitou a instalação de mais instrumentos e mais atuadores, porém os conceitos básicos de controle realmente não mudaram. Qualquer movimento em direção ao controle de processo avançado (APC) e outras formas de otimização de controles ainda estavam em sua infância. A automação de processos capaz de suportar um controle de processo avançado precisou englobar muitas tecnologias e técnicas. Ela caracterizou-se pela incorporação de muitos mais pontos de dados de entrada em algoritmos e em organizar sequências mais complexas.

    Sistemas mais antigos tinham recursos poderosos disponíveis para pessoas dispostas a explorá-los. Alguns usuários sofisticados estavam operando com conceitos fundamentais de controle de processo avançado, mesmo ainda na era da pneumática, mas aqueles sucessos exigiam um alto grau de capacidade de engenharia interna. Haviam poucas ferramentas disponíveis, quando existiam, comercialmente disponíveis no mercado para apoiar esses esforços. O mesmo se aplicava às plataformas iniciais de SCD. Poucas empresas jamais utilizaram a totalidade do poder de computação bruta disponível nos processadores de um SCD, entretanto, criar o tipo de programação necessária para impulsionar o controle de processo avançado em tal ambiente não foi uma tarefa pequena.

    O trabalho duro da otimização

    A transição para a automação de processos e o controle de processo avançado foi habilitada por ser capaz de criar uma plataforma que englobasse tudo, capaz de coordenar mais do que simples malhas individuais ou pequenos grupos de malhas em cascata. Uma grande vantagem das plataformas mais recentes é a capacidade de otimizar um processo, para atender metas econômicas específicas do proprietário com base em quaisquer resultados desejados. O sistema de automação de processo pode operar uma planta para minimizar o consumo de energia, maximizar a produção, e fornecer produtos com atributos de qualidade específicos. As empresas que utilizam esses sistemas confirmam suas capacidades.

    Implementar um sistema desse tipo é um desafio, e ter um provedor de soluções de automação que trabalha com um departamento de engenharia interna pode tornar a tarefa bem mais fácil. Durante a fase inicial do projeto de uma atualização de sistema de controle ou de uma nova instalação, é muito fácil se concentrar apenas nos fundamentos do processo, e nunca ir além, considerando as condições de estado permanente desejadas. Atualizações de sistemas de automação e novas instalações podem, portanto, perder oportunidades para se envolver com especialistas da tecnologia de processos e automação, capazes de descobrir melhores maneiras de fazer as coisas.

    Trazer novas ideias

    Um provedor de soluções de automação pode trazer novos olhos e ideias para avançar um projeto além do que os projetistas conceberam inicialmente. Embora as pessoas de uma determinada planta possam entender seus processos intimamente, essas pessoas podem não ter tempo para ir além das capacidades atuais. Em alguns casos, essas pessoas podem também não ter um maior conhecimento sobre sistemas de automação, especialmente aquelas aplicadas a processos de outras plantas.

    Uma das principais vantagens de se trazer talento de fora é aproveitar o conhecimento coletivo de um grupo maior de engenheiros que já trabalhou em muitos projetos e em muitos ambientes. Cada nova experiência contribui para a base de conhecimentos, e ela pode ser transferida como parte de um processo de planejamento. Mesmo uma pergunta tão simples como “Porque essa ação de controle é feita dessa maneira?" pode causar um debate imediato e levar as empresas a considerar formas novas e melhores para executar funções de rotina.

    Muitos recursos dos sistemas de automação de processos modernos ainda são subutilizados na maioria das plantas de processo, mesmo entre empresas que a maioria das pessoas consideraria como sofisticada (figura 1). Poucas empresas utilizam o conceito de controle de processo avançado de forma tão eficaz quanto poderiam, mesmo com tecnologias básicas de controle de processo avançado ao nosso redor por décadas.

    Menos empresas ainda desenvolveram sistemas para a implementação de procedimento de automação para lidar com partidas, mudanças de grau de produto, paradas e outras interrupções - mesmo que tais situações sejam as causas principais das perturbações de processo e dos incidentes de segurança, devido ao alto grau de intervenção humana envolvido e a baixa frequência com que ocorrem. A norma ISA-106 que cobre procedimentos de automação pode ser relativamente nova, mas os conceitos incorporados na norma são conhecidos há muitos anos.

    Por uma questão puramente prática, a capacidade humana e as competências de operadores experientes são indispensáveis para operar uma planta bem, porém muitas plantas dependem muito dos conhecimentos informais que circulam pelo grupo. Um exame de relatórios que analisam incidentes de segurança de processo revelará muitas situações em que um operador mal treinado teve que assumir o controle manual de um processo durante uma partida ou uma mudança, e acabou tomando uma decisão errada. As empresas perdem grandes quantias de dinheiro nessas situações.

    Sistemas de automação de processo corretamente desenvolvidos estão sempre à procura de problemas, e estão prontos a responder e alertar os operadores quando um problema for previsto ou detectado. Sequências de controle mais avançados estão prontos para serem executados através de procedimento de automação, mesmo se forem usados apenas uma vez por ano. Sistemas de automação de processo abrangentes podem lidar não somente com operações da planta automaticamente, mas também podem complementar o conhecimento e as atividades do operador, fornecendo a quantidade certa de informações no momento certo, para as pessoas certas.

    Capturar o conhecimento do operador

    Automatizar ações por meio de automação de procedimento é uma excelente forma de capturar o conhecimento do grupo e o entendimento das melhores pessoas de uma planta, antes que elas se aposentem ou mudem de área (figura 2). A necessidade de treinar os operadores permanece, porém, a automação de procedimentos reduz a dependência da memória humana e da habilidade de uma pessoa em tomar decisões corretas, em um momento de crise. Sistemas de controle, mesmo aqueles relativamente antigos, podem executar essas funções quando programados corretamente, porém uma ajuda externa poderá ser necessária, para incorporar essa funcionalidade.

    À medida que lidamos com a "grande mudança de rumo" impulsionada pela demografia dos trabalhadores, a capacidade de automatizar uma gama completa de funções de controle de processo através da automação de procedimentos, se tornará ainda mais importante. Operadores com vasta experiência, frequentemente acumular uma vasta gama de conhecimentos informais (não documentados) sobre as operações da planta, à espera de serem coletados e automatizados. As tecnologias existem; trata-se de uma questão de assumir o desafio e fazê-lo - provedores de soluções de automação podem ajudá-lo.

    Mais dispositivos, dispositivos mais inteligentes

    Outra área na qual um maior nível de sofisticação em automação de processos é crítico relaciona-se com ao crescente número de dispositivos e sistemas inteligentes em plantas de processo, tanto com fiação quanto wireless (figura 3). A quantidade de dispositivos de campo com modem, que oferecem amplos recursos de geração de relatórios e de diagnóstico tem crescido em ordens de magnitude, assim como as informações que cada um pode fornecer. Esses dispositivos são facilmente conectados através de uma rede por meio de uma variedade de protocolos, fornecendo um enorme canal para o fornecimento de grandes quantidades de dados.

    Um dispositivo não fornece mais único sinal de 4-20 mA correspondente às variáveis do processo, pois agora há informações sobre a condição de um transmissor ou a condição de uma válvula (tabela 1). Na verdade, uma inundação de informações pode deixar de ser uma coisa boa, se não for tratada corretamente.

    Entretanto, um sistema de automação de processo bem-configurado é capaz de captar o que aparentemente pode parecer uma sobrecarga de dados e, então, digerir esses dados para transformá-los em informação útil. Do ponto de vista de um processo, dados amplos de processo podem ser resumidos a indicadores-chave de desempenho estabelecidos que, por sua vez, se transformam em informações de realimentação para otimizar as operações.

    Uma consolidação cuidadosa desses dados em uma sala de controle ou em painéis móveis de instrumentos dá ao pessoal da operação a visibilidade do status do sistema em um relance.

    Componentes de automação de processos modernos também têm funcionalidades além do que é necessário para controlar diretamente ou automatizar um processo, pois agora fornecer frequentemente dados valiosos para sistemas de gestão de manutenção, geradores de históricos, dispositivos móveis, etc.

    Mais do que a soma das partes

    Fazer todos esses elementos trabalharem juntos para criar uma simbiose de tecnologias e processos de trabalho é uma tarefa assustadora. Escolher as melhores abordagens entre dezenas ou centenas de possibilidades em uma determinada situação pode parecer uma tarefa esmagadora, e pode deixar algumas empresas permanecendo no passado por medo de investir maciçamente em tecnologias erradas ou aplicar as corretas de forma ineficaz. Um provedor de soluções de automação pode ajudar os usuários a resolver essas opções aparentemente infinitas e fazer as escolhas adequadas.

    Quando essas escolhas são feitas, todos os elementos individuais precisam ser interligados em rede para suportar uma interação optimizada. É aqui que a participação de um provedor de soluções de automação é fundamental, à medida que os sistemas de controle e componentes são selecionados e implementados para conectar equipamentos diferentes de forma coesa no conjunto inteiro. Essas atividades dependem do conhecimento acumulado de engenheiros e técnicos que já trabalharam com uma variedade de plataformas importantes, incontáveis subsistemas e muitas plantas de processo.

    Empresas que implementaram grandes projetos de forma ponderada com planejamento cuidadoso e ajuda de um provedor de soluções de automação capaz, percebem melhor o desempenho, custos reduzidos, melhor segurança e outros benefícios (Tabela 2). Ter sistemas de automação com capacidade de controlar processos de plantas sem intervenção humana constante cria um ambiente muito mais seguro, e permite à uma empresa prosperar, mesmo enfrentando mudanças e condições desafiadoras. *

    AVANÇAR

    • Mesmo as plantas de processo mais modernas não tiram, em geral, pleno proveito dos recursos do sistema de automação.
    • Sistemas de controle mais recentes e instrumentos inteligentes podem ser utilizados para otimizar automaticamente os processos da planta e as operações gerais.
    • Muitas plantas podem se beneficiar de assistência externa quando mudam de controle de processo básico para automação plena de processos.

    Informações de válvulas inteligentes transmitidas para o sistema de controle

    • Posição precisa
    • Tempo gasto em uma determinada posição
    • Força de abertura e fechamento
    • Atrito estático e emperramento
    • Ruído do processo
    • Quantidade de atuações

    Benefícios da mudança de controle básico para automação avançada

    • Facilita a otimização do processo
    • Aplicável à operação em regime permanente normal
    • Pode ser aplicado às operações com interrupções como partidas e paradas
    • Melhora a segurança do trabalhador com respostas rápidas às situações incomuns
    • Complementa de forma eficiente a intervenção humana
    • Captura conhecimentos de equipes em fase de se aposentar
    • Se integra bem com informações de dispositivos inteligentes avançados
    • Adaptação natural com sistemas de gestão de manutenção, geradores de históricos e relatórios móveis para identificar problemas

    Por Paul Darnbrough, engenheiro, CAP

    SOBRE O AUTOR

    Paul Darnbrough, engenheiro, CAP, é engenheiro chefe da MAVERICK Technologies. Possui mais de 20 anos de experiência em engenharia, documentação e construção de sistemas de controle industrial e de processo automatizados. Darnbrough trabalhou com clientes desde pequenas operações de um único dono até empresas da lista Fortune 500 e agências governamentais em processos incluindo plásticos, alimentos, produtos químicos, movimentação de materiais, manufatura discreta, tratamento de água e indústrias farmacêuticas.

    Veja a versão online na página www.isa.org/intech/20150202.

    Copyright International Society of Automation Jan./Fev. de 2015

    Este artigo foi escrito por Paul Darnbrough da InTech e foi licenciado oficialmente por meio da rede de editores NewsCred.