REDES INDUSTRIAIS NO CONTROLE DE PROCESSOS



BASF S. A.


Autores e palestrantes:

Cláudio A. O. Correia.
Engenheiro Elét...
REDES INDUSTRIAIS NO CONTROLE DE PROCESSOS


1 – INTRODUÇÃO


       Apresentamos neste breve histórico a evolução de uma ...
Essa troca também
                                                           permitiu o uso de
                           ...
tecnologia nesse projeto), dificuldade de informações específicas da configuração de
redes e instrumentos ( utilização de ...
Controlador EP-13
   •   144 pontos de entrada analógia 4-20mA;
   •   48 pontos de saída analógia 4-20mA;
   •   832 pont...
3 – TANCAGEM


    As melhorias foram notáveis e logo surgiram novos projetos de integração de
outras áreas. No segundo se...
Fig. 6 – Rede da tancagem

O sistema de tancagem acrescentou inicialmente, os seguintes pontos no sistema:

   •   300 pon...
4 – SUVINIL

        Em 2003, para ampliar a produção de tintas Suvinil, foi necessária a
construção de uma nova fábrica d...
O conceito de operação das IHM´s foi elaborado de maneira a simplificar ao
máximo o trabalho do operador. As telas foram d...
5 – CENTRAL DE ENERGIA

       Em 2004, chegamos a central de energia da planta, composta de dois
queimadores de óleo térm...
Todas as modificações e ampliações necessárias nos sistemas de automação
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  1. 1. REDES INDUSTRIAIS NO CONTROLE DE PROCESSOS BASF S. A. Autores e palestrantes: Cláudio A. O. Correia. Engenheiro Elétrico Coordenador Engenharia de Campo Hermano J. Souza. Técnico em Automação Contato: Cláudio Antonio de Oliveira Correia Engenharia de Campo Resinas Tel.: 55 (011) 4347-1194 Fax: 55 (011) 4347-1246 claudio.correia@basf-sa.com.br Hermano José de Souza Engenharia de Campo Resinas Tel.: 55 (011) 4347-1194 Fax: 55 (011) 4347-1246 hermano-jose.souza@basf-sa.com.br 2
  2. 2. REDES INDUSTRIAIS NO CONTROLE DE PROCESSOS 1 – INTRODUÇÃO Apresentamos neste breve histórico a evolução de uma planta “conectada” em redes industriais de controle e periferia distribuída. Destacamos o fato destas redes estarem em sua maioria em área classificada (Zona 1, IIb, T3) e a diversidade de equipamentos de campo e controle (SDCD / CLP) comunicando-se como se fossem do mesmo fabricante. O protocolo principal adotado para periferia inteligente foi o Profibus (DP e PA) e para pontos discretos, As-i interface. Temos ainda alguns pontos em Devicenet. Dividimos o artigo como a planta. No item 2, a descrição de como começou, na Produção de Resinas; no item 3, a primeira ampliação, com a interligação da Tancagem; no item 4, a nova fábrica da Suvinil e no item 5, a monitoração da Central de Energia. 2 – PRODUÇÃO DE RESINAS Devido a uma ampliação nas linhas de produção existentes e à implantação de uma nova linha, tornou-se necessário a atualização do sistema de controle existente. Com visão no futuro, buscamos uma tecnologia de ponta baseada em redes industriais de campo que reduzissem o volume de cabos e proporcionasse uma rápida operação do sistema e coleta de dados. A figura 1 representa a arquitetura de controle existente anteriormente, composta de dois controladores, estações de trabalho dedicadas, racks de I/O e redundância de rede. Precisávamos de um sistema que se adaptasse à base instalada e ao SDCD existente, reduzindo custos. Optamos pelo Profibus em virtude de ser o protocolo já disponível para o SDCD existente, o que facilitaria mais sua implantação. Essa opção permitiu a utilização dos racks e módulos de I/O existentes, sendo necessária apenas a troca dos controladores devido a necessidade de mais capacidade de processamento. 3
  3. 3. Essa troca também permitiu o uso de estações de trabalho independentes e conectadas diretamente à rede do sistema. Mantivemos apenas uma estação dedicada para manutenção (fig. 2). Também implantamos um controlador para gerenciamento das receitas. A implementação do sistema ocorreu no segundo semestre de 2000, com uma arquitetura de rede em barramento, divididas da seguinte maneira: • Para controle e coleta de dados da planta - Profibus DP; • Para instrumentos antes em 4-20mA - Profibus PA; • Para comando, válvulas, atuadores e sensores - AS-interface. Os instrumentos e válvulas estão distribuídos por sete andares do prédio de produção de resinas. Os controladores ficam no sétimo andar e as estações de operação no quarto e quinto andares. As distâncias são longas e o tempo de resposta é muito curto. A rede Profibus está operando a 1,5 Mbits/s. A figura 3 mostra de forma esquemática a distribuição de pontos nas respectivas redes. A especificação, montagem, configuração e comissionamento do sistema, proporcionaram um ganho muito grande em capacitação técnica dos colaboradores, pois era uma arquitetura pouco conhecida e utilizada no mercado. Encontramos muitas dificuldades como falta de comprometimento dos fornecedores com o funcionamento da rede, falta de conhecimento especifico da maioria dos fornecedores (muitos estavam conhecendo a). 4
  4. 4. tecnologia nesse projeto), dificuldade de informações específicas da configuração de redes e instrumentos ( utilização de GSD , mapas erro, envio e recebimento de telegramas, etc), falta de especialistas no mercado. Com tudo isso, nosso aprendizado foi muito rico e conseguimos montar uma planta flexível, de fácil ampliação. Ganhamos também na rapidez de manutenção graças a capacidade de diagnósticos do sistema, como podemos ver na figura abaixo, que é uma lista de status de alguns nós de rede, podendo ser visualizada facilmente no SDCD: Fig. 4 – Tela de diagnóstico Ao final, tínhamos a seguinte estrutura de rede: Controlador EP-10 • 144 canais pontos de entrada analógia 4-20mA • 48 canais pontos de saída analógia 4-20mA • 928 pontos de entrada digital • 416 pontos de saida digital • Profibus DP/ PA - 3 inversores Profibus-DP e 105 instrumentos de campo Profibus-PA • Profibus DP/ASI - 13 gateways, cada um com 10 valvulas on/off em média, além de botoeiras e sensores indutivos. 5
  5. 5. Controlador EP-13 • 144 pontos de entrada analógia 4-20mA; • 48 pontos de saída analógia 4-20mA; • 832 pontos de entrada digital; • 448 pontos de saida digital; • Profibus DP/ PA - 50 instrumentos de campo Profibus-PA; • Profibus DP/ASI - 4 gateways, cada um com 10 valvulas on/off em média, além de botoeiras e sensores indutivos. Com essa estrutura, controlávamos cinco linhas de reatores para produção de resinas, desde o carregamento de matéria prima até a transferência da resina pronta para os tanques de estocagem, com uma produção média de 6.000 Ton/mês. 6
  6. 6. 3 – TANCAGEM As melhorias foram notáveis e logo surgiram novos projetos de integração de outras áreas. No segundo semestre de 2002, foram integradas ao mesmo SDCD, a monitoração e controle de três áreas de tancagem diferentes, cada uma com um CLP independente dentro do mesmo conceito de rede entre os Clp´s e os equipamentos de campo (atuadores, sensores, radares, etc.). O sistema compreende a tancagem de matéria prima e duas áreas de tancagem de resina pronta totalizando 88 tanques que variam de 25 a 200 ton de capacidade. A monitoração dos níveis dos tanques é feita através de radares em rede Profibus-PA. Os sinais são tratados nos CLP´s correspondentes ( geração de alarmes de nível alto e baixo ) e repetidos numa IHM ( interface homem-máquina ) de operação no campo e nas estações de controle. Alguns tanques de matéria prima contam também com telemetria, isto é, o sinal do CLP é repetido num gateway Profibus-DP/Modbus e via modem é disponibilizado numa página da internet na qual o fornecedor acompanha o nível e automaticamente envia mais produto assim que o nível baixe até determinado valor. Na IHM de operação de campo, é efetuada a descarga de matéria prima das carretas para os tanques, por rotas selecionadas pelo operador. Este digita em campos apropriados os dados como código do produto, quantidade a descarregar, placa do caminhão, densidade e seleciona o tanque destino. O CLP calcula o volume disponível baseado na densidade fornecida e a rota e tanque destino selecionada. Se houver consistência, o operador pode então iniciar a transferência e os dados digitados são enviados para o SDCD para os registros administrativos de logística (fig. 5 ). Os CLP´s e o SDCD comunicam-se em Profibus–DP, porém não diretamente. Além do fato de serem de fabricantes diferentes, os dois sistemas são mestres. Neste caso, usamos gateways DP/DP para interligá-los. A figura 6 representa de forma esquemática como ficou o sistema após essa implementação: Fig. 5 – Exemplo de tela da IHM 7
  7. 7. Fig. 6 – Rede da tancagem O sistema de tancagem acrescentou inicialmente, os seguintes pontos no sistema: • 300 pontos de entrada digital; • 150 pontos de saida digital; • Profibus DP/ PA - 102 instrumentos de campo Profibus-PA; • Profibus DP/ASI - 7 gateways, totalizando cerca de 920 pontos de entrada e 48 de saída. Este sistema foi recentemente ampliado, recebendo o sistema de telemetria e novas válvulas AS-i. 8
  8. 8. 4 – SUVINIL Em 2003, para ampliar a produção de tintas Suvinil, foi necessária a construção de uma nova fábrica dentro do próprio site. A operação da planta antiga, por botoeiras e sinaleiros convencionais, foi substituída por modernas IHM´s interligadas a um CLP central. São três interfaces gráficas de grande porte para operação e monitoração e dez de pequeno porte para confirmação de operações, evitando dosagens erradas de receita. Como é uma planta consumidora das resinas produzidas, inicialmente não teria ligação com o SDCD. Mas aproveitando o recurso oferecido pela rede, conectamos o CLP desta na rede da Tancagem. Acertamos na decisão, pois recentemente foi acrescentado na planta um novo tanque, com capacidade para 200 T, alimentado diretamente pela fábrica de resinas, sendo necessário então o comando das suas válvulas e a monitoração de nível pelo SDCD. O operador comanda do quarto andar do prédio de resinas, válvulas montadas a mais de 300m, com status instantâneo na tela. A figura 7 representa a distribuição dos pontos de rede na Suvinil. Um detalhe nesta configuração, é a rede das dez interfaces de confirmação, que não possuem comunicação Profibus por isso foram interligadas em rede proprietária, diretamente na porta de comunicação da CPU. Fig. 7 – Rede Suvinil Os componentes desta distribuição são os seguintes: • 380 pontos de entrada digital; • 190 pontos de saida digital; • 17 medidores de vazão 4-20ma • Profibus DP / PA - 5 medidores de vazão e 1 radar Profibus-PA; • Profibus DP/ASI - 10 gateways, totalizando cerca de 500 pontos de entrada e 250 de saída ( 250 atuadores pneumáticos ). 9
  9. 9. O conceito de operação das IHM´s foi elaborado de maneira a simplificar ao máximo o trabalho do operador. As telas foram desenhadas de maneira a induzir a operação correta de dosagem efetuada pelo operador, dividindo-se as telas por produto a dosar, deixando apenas a seleção do tanque de destino, a quantidade a ser dosada e o início de dosagem a cargo do operador. Para a área de receitas mais complexas, além desta divisão nas telas de operação, instalamos ao lado de cada tanque de mistura a interface de confirmação. Após a seleção e ativação da dosagem para algum destes tanques, o operador deve ir até o tanque e verificar se na respectiva IHM o produto mostrado é o mesmo selecionado na IHM de operação. Se for, ele confirma a dosagem e só então as válvulas serão abertas e a bomba ligada. A produção passou de 8.000.000 para 15.000.000 de litros de tinta por mês após esta ampliação. Fig. 8 – Tela de dosagem de água 10
  10. 10. 5 – CENTRAL DE ENERGIA Em 2004, chegamos a central de energia da planta, composta de dois queimadores de óleo térmico e duas caldeiras. Era uma área gerenciada por terceiros e surgiu a idéia de integrá-la ao SDCD, eliminando os custos mensais com a empresa terceirizada. Aqui tínhamos um agravante. Os CLP´s existentes não se comunicam em Profibus e também não estavam em rede. Buscamos e encontramos no mercado uma interface de comunicação Profibus de fabricação independente para estes controladores. A informação que tínhamos ainda era que este tipo de comunicação não funciona. Não demos importância a isso e decidimos pela integração. Primeiramente interligamos os quatro controladores em rede proprietária do fabricante para concentrar em um deles todos os dados a serem enviados para o SDCD. Neste controlador, instalamos e configuramos a interface Profibus conectando-a ao SDCD com sucesso e não tivemos nenhum problema de comunicação desde a instalação. Foram reservadas quatro áreas na base de dados do SDCD para a troca de dados com a central de energia com reserva para futuras ampliações ou modificações. Atualmente os pontos de são: • 30 pontos de entrada analógica; • 250 pontos de entrada digital; • 50 pontos de saída digital. A configuração ficou assim: Fig. 9 – Interligação da central de Energia 11
  11. 11. Todas as modificações e ampliações necessárias nos sistemas de automação da planta para adequação aos projetos desenvolvidos pela engenharia de projetos, são implantadas por nossa própria engenharia de campo, graças a especialização em montagem e configuração de redes industriais adquirida ao longo dos últimos anos. Não temos problemas em instalar equipamentos com protocolos diferentes para integração de sistemas existentes e antigos com sistemas atuais, como ocorreu em maio de 2005. Atualmente estamos trabalhando na substituição do gerenciador de receitas. O novo gerenciador, baseado em PC´s, permitirá um controle maior e mais flexível sobre o andamento da produção pelo operador além de permitir a integração do processo com o sistema corporativo, facilitando em muito a logística relacionada ao consumo de matéria prima e produto final acabado. Hoje temos uma planta “conectada” constituída de cerca de 433 pontos analógicos, 3600 pontos digitais, 285 instrumentos em rede, 2300 pontos de rede de atuadores e sensores, tudo isso distribuído em 17 redes de controle, 38 redes de instrumentos e 43 redes de atuadores/sensores. Hermano José de Souza. Engenharia de Campo Resinas Links interessantes: www.basf.com.br www.suvinil.com.br 12

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