Mecatrônica Atual

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Mecatrônica Atual

Editora Saber Ltda
Diretor
Hélio Fittipaldi
Começa a reação do setor
industrial no Brasil
Luis Aubert, presidente da ABIMAQ, apresentou
www.mecatronicaatual.com.br
Editor e Diretor Responsável
Hélio Fittipaldi
Revisão Técnica
Eutíquio Lopez
Redação
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Publicidade
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Colaboradores
Alexandre Capelli
Bruno Castellani
César Cassiolato
Eutíquio Lopez
Leandro Henrique Batista Torres
Rob Hockley
Ron Beck
Steven D. Garbrecht
Thomaz Oliveira
PARA ANUNCIAR: (11) 2095-5339
em coletiva de imprensa como foi o ano de 2012 para
a indústria de máquinas. O departamento de estatística preparou uma vasta quantidade de informações,
comparando-as com os últimos oito anos (mês a mês).
Assim foi possível notar os movimentos do mercado
e como estamos indo para uma desindustrialização
Hélio Fittipaldi
massiva, se não forem tomadas urgentes providências
governamentais. O ponto positivo é que o governo começou a reagir. Um pouco tarde, é
claro, mas já é alguma coisa. Pelo menos foi o que todos puderam notar no bom ânimo
da direção da ABIMAQ quanto ao futuro próximo, começando pelo ano de 2013.
O leitor poderá ver esta matéria nesta edição e os assinantes da revista e do portal
Mecatrônica Atual terão acesso exclusivo ao material adicional, onde mostramos vários
quadros da pesquisa que embasarão melhor o seu conhecimento do mercado para o futuro,
a curto e médio prazos.
[email protected]
Desejamos a todos um Feliz Natal e um ótimo ano novo.
Capa
Banco de imagens - www.sxc.hu
Impressão
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Brasil: DINAP
Portugal: Logista Portugal tel.: 121-9267 800
Viva o ano da retomada!
Hélio Fittipaldi
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Novembro/Dezembro 2012 :: Mecatrônica Atual
3
índice
42
30
14
16
22
Os benefícios de arquiteturas
baseadas em objetos para SCADA
e Sistemas Supervisórios
Profibus: Instalação Avançada
– Parte 2
30
Manutenção e Calibração de
Medidores de Vazão
42
Modelos de engenharia utilizados
em operações de plantas
34
16
Começa a reação do setor
de máquinas no Brasil
46
Gerenciamento de Ativos e Autodiagnose
Acionamento de máquinas
em corrente contínua
Editorial
Eventos
03
06
Notícias:
Elipse apresenta a versão 2.0 do EPM ........................................08
Robtec lança no Brasil a Máquina de Medição Óptica
mais avançada do Mundo .....................................................................08
Série de instrumentos de medição industrial LJ-V, da Keyence....09
Endress+Hauser reforça participação no mercado
de açúcar e etanol ..........................................................................10
A nova solução M-Bus, da HMS, permite aos usuários
otimizarem o consumo de energia ...........................................10
Índice de Anunciantes:
HSM ............................... 05
Invensys ............................... 07
Metaltex ................................ 11
Feimafe 2013 ........................ 21
4
Nova Saber ......................... 29
Nova Saber ......................... 41
Mouser ....................... Capa 02
MDA 2013 ................... Capa 03
Festo ............................ Capa 04
Okuma fornece centro de usinagem
para segmento ferroviário ............................................................11
Novo Sistema de Controle de EstabilidadeAutomotiva,daTRW ..12
Novo atuador IVAC da Norgren oferece aos
fabricantes de máquinas e usuários finais,
redução expressiva de energia e custos operacionais.............13
literatura
O livro é indicado para alunos e profissionais da área de Automação. O assunto é
desenvolvido, passo a passo, desde suas aplicações até a utilização mais elevada do
Controlador Lógico Programável (CLP) com variáveis analógicas.
Compara os conceitos com metodologias já conhecidas, diagrama de contatos,
álgebra de Boole etc. Cada capítulo apresenta teoria, exercícios resolvidos com
experimentos testados e exercícios propostos, seguindo uma linguagem comum a
todos os fabricantes de CLPs por meio da norma IEC 1131-3.
Na décima edição o livro foi totalmente reestruturado e atualizado, inclusive, no
que se refere à linguagem que passa a ser normalizada, eliminando a necessidade
de praticar neste ou naquele equipamento de fabricantes diferentes. Alguns capítulos foram reformulados a fim de enriquecer o conteúdo da obra, apresentando os
últimos lançamentos e simulação virtual de programação.
Automação Industrial - 10ª Edição Revisada
Autor: Ferdinando Natale
ISBN: 978-85-365-0210-6
Preço: R$ 99,00
Onde comprar: www.novasaber.com.br
curso
Dezembro
Automação Industrial com Redes
de Comunicação em Ambiente
CoDeSys
Organizador: Festo
Data: 17 – 21
Horário: 18h00 às 22h00
Duração: 20 horas
Investimento: R$ 1.050,00 / participante
(no Estado de São Paulo) e R$ 1.100,00 /
participante (nos demais Estados)
Local: Rua Giuseppe Crespi, 76
Jd. Santa Emília - São Paulo - SP
www.festo-didactic.com/br-pt
Hidráulica Móbil
Organizador: Festo
Data: 17 – 19
Horário: 13h30 às 17h30 e 08h30 às
17h30
Duração: 20 horas
Janeiro
Automação Pneumática - Projetos
de Circuitos Avançados Utilizando
Métodos Sistemáticos
Organizador: Festo
Data: 07 – 09
17h30
Duração: 20 horas
Investimento: R$ 990,00 / participante
(no Estado de São Paulo) e R$ 1030,00 /
Técnicas de Detecção e Resolução
de Falhas em Sistemas Pneumáticos
Organizador: Festo
Data: 14 – 16
17h30
Duração: 20 horas
Tecnologia de Vácuo para Sistemas
Handling
Organizador: Festo
Data: 24
Horário: 08h30 às 17h30
Duração: 1 dia / 8 horas
participante (nos Demais Estados)
Automação com Controladores
Lógicos Programáveis
Organizador: Festo
Data: 28 – 30
17h30
Duração: 20 horas
participante (nos Demais Estados)
//notícias
Elipse apresenta a versão 2.0 do EPM
Lançada no dia 14 de novembro, a nova versão
do Elipse Plant Manager possui um ambiente
integrado de análise com suporte a Python e
uma nova ferramenta gráfica
Com a crescente e contínua evolução tecnológica,
deu-se início à era da inclusão digital, onde a informação
é vista como o principal patrimônio de uma organização.
A grande quantidade de dados que precisa ser coletada,
armazenada e analisada passou a representar um enorme
O Elipse Plant Manager chamou a atenção dos visitantes da ISA 2012.
desafio às equipes de manutenção, engenharia e tecnologia
da informação (TI) de uma planta industrial. Em decorrência
disso, as corporações começaram a dar mais ênfase a sistemas
como o EPM permite manipular dados, com a possibilidade de
capazes de transformar os dados armazenados em informações
exibi-los em gráficos através de um simples clique, assim como
úteis para a tomada de decisões mais assertivas.
sua interação com a linguagem Python, chamaram a atenção
Atenta a esta nova realidade, que coloca o tratamento da
dos visitantes presentes no Brazil Automation ISA 2012.
informação como ponto-chave para o sucesso, a Elipse Software
Considerado um dos maiores encontros de instrumentação
apresenta a versão 2.0 do Elipse Plant Manager (EPM). Lançada no
e automação da América Latina, o evento reuniu um total de
dia 14 de novembro, a nova versão possui um ambiente integrado
12,4 mil participantes e 84 expositores, entre os dias 6 e 8 de
com suporte a Python e uma ferramenta de análise de tendências
novembro, em São Paulo.
com visualização de dados históricos e em tempo real. Com ela, o
“Com poucos cliques, o software faz uma análise aprofundada
usuário pode armazenar resultados da avaliação de cálculos realide qualquer informação. As diferentes formas como consegue
zados pelo próprio EPM.Além destas novas funcionalidades, agora
exibir os dados, com a possibilidade de dar um zoom e ampliar
também é possível pesquisar dados em um portal corporativo
a escala das imagens é muito interessante”, disse João Luiz Ferri,
baseado no Sharepoint através dos novos webparts do software.
do setor de manutenção da Braskem / Polo de Triunfo (RS).
Uma solução capaz de coletar e converter os dados em
"Gostei muito do que vi. Creio que o EPM já esteja bem
informações, disponibilizando-as de maneira clara e organizada
maduro para conquistar cada vez mais espaço no mercado”, afiratravés das suas ferramentas gráficas. A forma fácil e precisa
mou Gabriel Domenech, gerente da parceira argentina Geding.
Robtec lança no Brasil a
Máquina de Medição Óptica
mais avançada do Mundo
ATOS ScanBox tem tecnologia alemã e é o que
há de mais novo em digitalização óptica
A Robtec, líder em prototipagem rápida na América Latina,
traz para o Brasil o ATOS ScanBox, célula de medição óptica
automatizada produzida pela alemã GOM, parceira da empresa. O equipamento tem rápida operação e combina utilização
flexível com máxima confiabilidade.
A máquina está pronta para uso, pois é a primeira solução
padronizada incluindo todos os componentes para medição e
inspeção automatizada. O conceito é plug-and-play, necessitando apenas de uma ligação elétrica e um espaço de 11 m². Possui
componentes especificamente selecionados para assegurar que
eles possam ser transportados em pallets-padrão e colocados
em operação em qualquer local de um ambiente de produção.
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Mecatrônica Atual :: Setembro/Outubro 2012
Com as suas dimensões exteriores compactas, o lançamento
pode ser carregado com componentes de até 2 metros de
diâmetro e de altura, e peso de até 500 kg.
Componentes e potencial
A novidade inclui em seus componentes o comprovado
sensor da GOM, ATOS Triple Scan, com tecnologia Blue Light,
desenvolvido especificamente para medição óptica 3D de alta
resolução e uso em cenários de produção industrial, além de um
robô com alcance ideal, cabeamento profissional e um manual
de usuário. Para operar a célula de inspeção e avaliar os dados,
apenas um software é utilizado, o GOM Inspect Professional,
sendo que agora o cliente pode contar com um ponto de
contato para tudo.
No módulo VMR (Virtual Measuring Room), componente
central do ATOS ScanBox, a mensuração de processos completos pode ser planejada rapidamente e de maneira fácil e
programada sem a necessidade de roteiros convencionais.
//notícias
Série de instrumentos de medição
industrial LJ-V, da Keyence
Sendo aproximadamente 30 vezes mais rápida
que o melhor aparelho padrão do mercado, a
Série de instrumentos LJ-V da Keyence permite
verificar imediatamente os resultados de um
alvo lido usando uma visualização 3D online. Os
instrumentos também são caracterizados pela
simplicidade de sua implementação, precisão
e estabilidade de detecção
Para muitos setores industriais, poder dispor de um
controle metrológico 3D no final de suas linhas de produção tem sido um sonho. As vantagens são fundamentais:
não são necessárias mais verificações manuais, análises
em tempo real dos desvios de produção e rastreabilidade
total. Infelizmente, em muitos casos, esse controle não foi
possível, pois as soluções disponíveis no mercado tinham
duas grandes desvantagens: a velocidade de medição não
era frequentemente compatível com o ritmo de produção
e suas implementações eram complexas.
Com a Série LJ-V online, as verificações em altas velocidades são, eventualmente, possíveis. Além disso, a velocidade
não altera a estabilidade de detecção. Isso deve-se ao fato
da Keyence ter desenvolvido uma eletrônica específica e,
especialmente, um novo sensor CMOS com elevada sensibilidade e processador GP64.
O VMR permite o controle de robôs com um simples
“arrastar e soltar” pelos comandos, bem como a possibilidade de programar em ambiente off-line.
Esta solução para análise da dimensão com o planejamento de inspeção, programação de robôs e relatórios
de inspeção já foi comprovada por clientes com diversas
necessidades das indústrias automotiva, aeronáutica e
aeroespacial, assim como do setor de bens de consumo.
A Keyence domina os sensores CMOS há muitos anos. O
sensor HSE3-CMOS oferece uma gama dinâmica mais ampla (64
vezes superior aos melhores sistemas 2D). Com sua sensibilidade
extremamente elevada, é possível medir, superfícies escuras e
brilhantes. O processo é garantido pelo GP64 que processa em
oleodutos com velocidade ultra-alta. São medidos 12,8 milhões de
pontos em um segundo, ou seja, 64 000 perfis por segundo. Por
exemplo, consegue medir alvos que se movem a uma velocidade
de 6,4 m/s com um passo de 0,1 mm.
A precisão e a estabilidade de detecção também estão acima
dos padrões do mercado.
A Série LJ-V7000 combina um laser azul (caracterizado por
um feixe menor devido a um comprimento de onda mais curto)
com uma lente Ernostar 2D que focaliza ao máximo a luz do laser.
Consequentemente, o feixe é muito fino e tem uma intensidade
alta, criando uma precisão de perfil muito estável e alta. Durante
o funcionamento, a precisão é de ±7,6 µm e a repetibilidade é
de 0,4 µm. A linearidade é de 0,1% em escala completa. O laser
azul também disponibiliza uma detecção mais estável em alvos de
temperatura alta, pois a difusão na superfície é menos importante
do que para um laser vermelho.
Além disso, a Keyence usa uma fonte de luz dupla. As diferenças de quantidade de luz são processadas de modo a identificar
os vários problemas de reflexões que perturbam a medição. Essa
funcionalidade, conhecida como polarização dupla, é única no
mundo. Ela já demonstrou ser essencial para a medição de metais
com perfis e superfícies complexos.
A Série LJ-V dispõe de 74 funcionalidades de medição de fácil configuração para configurar as medições mais atuais.Tenha em atenção
que podem ser realizadas 16 medições simultâneas no mesmo perfil.
Outra extraordinária inovação é o fato de o LJ-V estar equipado
com uma funcionalidade que gera um perfil 3D a partir de perfis 2D
medidos. Já não é necessário um programador especializado.
Agora, uma funcionalidade de regulagem automática da posição
permite gerenciar as diferenças do posicionamento das peças a
serem medidas. Durante a regulagem ou a medição, o operador
pode verificar os resultados imediatamente em um tela tátil, especificamente desenvolvida para esse fim.Também é possível conectar a
uma outra tela imediatamente disponível. As distâncias de referência
atingem os 300 mm para perfis de 240 mm.
ATOS ScanBox, célula de medição
óptica automatizada da Robtec.
Setembro/Outubro 2012 :: Mecatrônica Atual
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//notícias
Endress+Hauser reforça participação
no mercado de açúcar e etanol
Empresa comemora contrato fechado com a produtora de alimentos e energia Adecoagro além
de anunciar novo produto voltado para a medição
“online” da densidade e concentração de fluidos.
A Endress+Hauser anunciou o seu mais recente projeto voltado para este mercado, com a Adecoagro, uma das principais
produtoras de alimentos e energia renovável da América do Sul.
Com presença no Brasil, Argentina e Uruguai, as atividades a
que a empresa se dedica incluem a produção de açúcar, etanol,
energia, grãos, arroz, oleaginosas, lácteos, café e algodão.
Soluções customizadas para o segmento
Como destaque das soluções oferecidas, está a medição de
nível em pré-evaporadores, caixas de evaporação, tanques de
xarope, bases de colunas de destilação e silos de açúcar, por princípio de radar de onda livre e radar de onda guiada (Micropilot
e Levelflex). Esta tecnologia tem substituído instrumentos que
usam pressão como princípio de medição, devido aos benefícios
oferecidos aos usuários, por não serem influenciadas por condições de processo como variação de densidade, por exemplo,
garantindo maior confiabilidade e menores custos de manutenção.
O equipamento, de fácil instalação e com ampla disponibilidade de conexões de processo e protocolos de comunicação,
oferece excelentes níveis de confiabilidade e precisão, podendo
ser facilmente instalado tanto em tubulações quanto diretamente em tanques. Entre as aplicações de sucesso estão a medição
de grau INPM de álcool hidratado e anidro em destilarias. Tradicionalmente, em grande parte das usinas, a medição de °INPM
é feita manualmente. Com a aplicação da Liquiphant M Density,
a medição do grau é feita de maneira contínua, possibilitando
o controle automático do processo. O custo-benefício é uma
das principais vantagens deste equipamento, pois em um só
transmissor podem ser instalados até cinco pontos de medição,
reduzindo significativamente os custos por ponto de medição.
O conjunto de equipamentos que formam o Liquiphant M Density.
10
A nova solução M-Bus, da HMS,
permite aos usuários otimizarem
o consumo de energia
A HMS acaba de lançar uma solução que permite a comunicação entre M-Bus e qualquer tipo de rede industrial.
O M-Bus é um padrão amplamente utilizado em dispositivos de medição, tais como contadores de eletricidade,
contadores de gás, contadores de água, etc. A coleta de
informação destes dispositivos para uma rede industrial
permite aos proprietários de estabelecimentos industriais
controlarem melhor o consumo total de energia e simplificarem as operações.
O M-Bus (Meter-Bus/Contador Bus) é um padrão para a
leitura remota de dispositivos de medição. É especialmente
utilizado em edifícios como, por exemplo, em contadores
de eletricidade, de gás, de água ou em qualquer outro tipo
de contadores de consumo. Ao recolher dados a partir
destes dispositivos de medição para um sistema CLP ou
SCADA, os proprietários de estabelecimentos industriais
conseguem ter uma noção geral da energia total consumida, incluindo parâmetros de edifícios cujos valores tinham,
anteriormente, de ser contados em separado.
A solução é composta de duas partes: a primeira é um
conversor M-Bus transparente, que converte os sinais
M-Bus para RS232. O conversor funciona como gestor
(master) M-Bus e permite a ligação de até 10 dispositivos
M-Bus padrão (slaves). A segunda parte é um gateway Anybus
Communicator que traduz o sinal RS232 para os campos
industriais ou rede industrial Ethernet escolhidos.
A solução permite estabelecer a ligação dos dispositivos
M-Bus a: CANopen, CC-Link, ControlNet, DeviceNet,
EtherCAT, EtherNet/IP, FIPIO, Interbus, Modbus Plus,
Modbus TCP, Modbus RTU, PROFIBUS, PROFINET.
O Anybus Communicator é configurado para utilizar um software Windows que inclui no produto. Deste
modo, não é necessário outro tipo de
programação para
configurar a ligação
entre o M-Bus e a
rede industrial pretendida. Quando a
configuração para
uma rede estiver
concluída, será mais
fácil reutilizá-la para
criar ligações a outras redes.
O Anybus Communicator RS232 (à esquerda)
e o conversor M-Bus (à direita).
//notícias
Okuma fornece centro de usinagem
para segmento ferroviário
A Okuma, tradicional fabricante de máquinas operatrizes de última geração, forneceu um Centro de Usinagem
Vertical, modelo Dupla Coluna, para a Manser, empresa
especializada em fabricação, recuperação e modernização
de motores de tração de corrente contínua e alternada para
aplicações ferroviárias, metroviárias e mineração. O modelo
fornecido é o MCR-A5C 25X50, que produz motor elétrico
para locomotivas.
Com dupla coluna de cinco eixos, e centro de usinagem
de alta precisão, a máquina possui design compacto, totalmente automático. Faz a usinagem de peças em geral em alta
velocidade, sua cabine é blindada, e seu corte silencioso se
destaca pela alta produtividade. Com uma seção transversal
de 350 x (13,78 x ), possui, ainda, rigidez suficiente para lidar
com qualquer corte horizontal. Já os longos trilhos (superior
e inferior na vertical) garantem alta precisão e durabilidade.
Com movimento suave sobre os trilhos, a mesa se move e
absorve as vibrações do corte, que mantém a exatidão da
operação durante longos períodos.
Carl Janer, diretor de desenvolvimento de novos negócios
da Manser, afirma que optou pela máquina da Okuma após
diversas consultas no mercado, em função da qualidade,
Com dupla coluna de 5 eixos, e centro de usinagem de
alta precisão, a máquina possui design compacto.
custo-benefício, prazo da entrega, instalação e treinamento
oferecidos. “Este equipamento atende nossa necessidade, que é
o aumento de produtividade e competitividade. É a primeira vez
que adquirimos uma máquina da Okuma e pretendemos investir
em outras muito satisfeitos, pois superou as nossas expectativas”.
11
//notícias
Novo Sistema de Controle de
Estabilidade Automotiva, da TRW
A companhia lançou sua nova família de produtos
EBC460, referente a sistemas eletrônicos de Controle de Estabilidade Automotiva nas 4 principais
regiões produtoras de carros do planeta
A família EBC460 da TRW Automotive Holdings Corp. disponibiliza um projeto de produto padronizado unido à capacidade de
fabricação na Europa, América do Norte, América do Sul e Ásia,
onde foram feitos investimentos significativos em equipamentos e
engenharia de suporte.A família global de produtos possui sistemas
“standard”, “high” e “premium” - os quais podem oferecer freios
anti-lock, controle de tração, e funcionalidade ESC com variantes que
dão suporte tanto a veículos híbridos como totalmente elétricos.
“A tecnologia ESC é um exemplo excelente de um sistema de
segurança inteligente. Desde a época em que a TRW lançou seu
primeiro ESC, a companhia vem acrescentando continuamente mais
especificações e funções e, ao mesmo tempo, tornando o sistema
menor, mais leve e mais barato”, diz Peter Lake - vice-presidente
executivo de Vendas e Desenvolvimento de Negócios.
A família
EBC460, da
TRW, de sistemas de controle
de tração: qualidade, desempenho e compatibilidade.
“A família EBC460 incorpora os três temas da Segurança
Cognitiva: Advanced thinking, por sua capacidade de corrigir
derrapagens e patinação; Smart thinking, por suas muitas muitas formas de barateamento do produto; e Green thinking, por
sua compatibilidade com veículos híbridos e outros alternativos.”
A EBC460 inclui numerosas atualizações (upgrades) para melhorar valor e desempenho, comparada aos sistemas anteriores.
Ela utiliza bomba com motor de longa vida com um projeto de
meia-junta opcional, dois sensores de pressão integrados para
aumentar a capacidade de produzir e manter a pressão no freio,
redução da aspereza e vibração ruidosa e aumento da vida do
motor através do controle de sua velocidade em alta frequência.
A plataforma EBC 460 especifica também a integração de
sensores de giro e aceleração com a sua unidade de controle
EHCU, a qual é capaz de funcionar como controlador para o
sistema elétrico de freio para estacionar – um sistema integrado
conhecido como EPBi.
“ESC é uma tecnologia–chave que tem sido mandatória nos
principais mercados europeus e dos Estados Unidos e fornece
um bloco construtivo sobre o qual se baseia uma variedade de
sistemas integrados de segurança”, afirma Josef Pickenhahn,
vice-presidente de Engenharia para os sistemas de freios.
“A EBC460 consiste na mais avançada ESC que nós já
produzimos até hoje, e ela proporcionará todos os benefícios
(vantagens) das gerações anteriores e, ao mesmo tempo, incluirá características como gerenciamento do rollover ativo
para ajudar a evitar a probabilidade do veículo balançar e
controlar a estabilidade do reboque (trailer), o que auxilia
na manutenção da estabilidade de ambos (veículo e trailer).
Funções adicionais serão possíveis para suportar um controle
de viagem adaptativo através de freio emergencial automático, altamente sofisticado, e sistemas de alívio de choque de
modo a criar oportunidades estimulantes para a segurança
dos futuros veículos.”
Veja no Portal:
Acoplamento por impedância comum. Como minimizar
seus efeitos em instalações industriais
A energia eletromagnética nas instalações pode interferir na operação de equipamentos eletrônicos. Controlar o ruído em sistemas
de automação é vital, porque ele pode se tornar um problema sério
mesmo nos melhores instrumentos e hardware de aquisição de dados
e atuação. Este artigo provê informações e dicas sobre a minimização
do efeito de acoplamento por impedância. Veja o artigo em: http://
www.mecatronicaatual.com.br/secoes/leitura/1031
12
Hidráulica Industrial e Móbil - O braço forte da automação
Neste artigo abordamos os princípios fundamentais da Hidráulica
e, especificamente, da Óleo-hidráulica. Como utilizar a transmissão
de energia através dos fluidos líquidos e quais os benefícios e cuidados
que se devem observar são os pontos aqui abordados. Considerada o
braço forte da automação, a hidráulica industrial é um segmento tecnológico fundamental nas mais diversas áreas industriais. Veja mais em:
http://www.mecatronicaatual.com.br/secoes/leitura/1023
//notícias
O IVAC é um
atuador com
peso e espaço
otimizado, apropriado para uma
diversidade de
diâmetros, de 40
a 80 mm.
Novo atuador IVAC da Norgren
oferece aos fabricantes de máquinas
e usuários finais, redução expressiva
de energia e custos operacionais
A Norgren, líder global em automação pneumática e
controle de fluidos, anunciou o lançamento de uma linha de
atuadores inovadores e de alto desempenho, desenvolvidos
para reduzir significantemente o consumo de energia e
custos operacionais para fabricantes de máquinas (OEM) e
usuários finais em diversas aplicações.
Os controles pneumáticos convencionais possuem uma
combinação de válvulas e ilhas de válvulas, atuadores, controles
de fluxo e sensores juntamente com conexões e acessórios.
Em aplicações típicas, mais de 13 componentes diferentes
podem ser necessários para operar um atuador. Essa complexidade apresenta algumas desvantagens e restrições de
desempenho. Através de uma colaboração muito próxima
com os clientes e no intuito de fornecer uma solução que
pudesse superar essas deficiências, a Norgren desenvolveu o
IVAC (atuador com válvula de controle integrada) – uma única
unidade que combina a válvula, os controles de fluxo, amortecimento e sensores em um pacote integrado de atuação.
O IVAC é um atuador com peso e espaço otimizado,
apropriado para uma diversidade de diâmetros, de 40 a 80
mm, com válvula integrada e sensores magnéticos para o
seu controle completo. Capaz de ser adaptado ou integrado
a novos sistemas, cada unidade exige apenas uma conexão
pneumática e elétrica, eliminando a necessidade de ilha com
múltiplas válvulas, componentes, tubos e acessórios.
Essa plataforma integrada diminui custos para os usuários
de várias formas. É fácil de instalar, manter e substituir uma
única unidade, instalação programada e não programada,
menos paradas para manutenção e custos reduzidos. Enquanto
isso, eliminando as tubulações de ar entre a válvula e atuador, o
que minimiza o volume “morto”, reduzimos o consumo de ar em
até 50%, diminuição significativa no custo por mm de curso quando
comparado com sistemas pneumáticos convencionais. Para uma
máquina operando em 2 milhões de ciclos por ano, esse resultado
em economia de energia é suficiente para pagar custo do produto
em 1 ano. Em suma, o IVAC proporciona uma estética melhorada
da máquina. A aparência ajuda a passar uma imagem mais sofisticada
da fábrica, e para os usuários, ela parece mais limpa e avançada.
Um número de opcionais e variáveis estão disponíveis, incluindo
versão cleanline (limpa) para os cilindros industriais, que é mais
fácil de lavar e ajuda os OEMs a atingirem os regulamentos de
higiene mais facilmente.
Os fabricantes de máquinas podem se beneficiar dessa vantagem
sem nenhuma mudança no design mecânico da máquina, uma vez
que o IVAC está em conformidade com ISO VDMA. Seu conector
único M12 para entradas e saídas pode ser ligado por multipolo
ou conectado diretamente a um sistema fieldbus, não importando
qual o protocolo que está sendo utilizado.
O design de um atuador integrado é baseado no máximo de
modularidade para permitir que todos os componentes sejam
montados e desmontados facilmente. Os fatores essenciais do
conceito de um IVAC modular incluem módulo de pilotos localizado
no cabeçote traseiro do atuador, integrado por uma interface pneumática, sensores de posição, indicador de status e conexão elétrica.
O IVAC já está gerando interesse considerável entre grandes
clientes, engenheiros de desenvolvimento, gerentes de fábricas
e responsáveis pela manutenção e principalmente em aplicações
onde a higiene não pode ser comprometida. Um exemplo de
grande empresa que já está usufruindo Engineering Advantage
através do IVAC é o líder global no mercado de equipamentos
para processamento – a KHS Kriftel, que já instalou as unidades
do IVAC em sua nova linha de produção CombiKeg”.
13
reportagem
Começa a reação do
setor de máquinas
no Brasil
A ABIMAQ fez um balanço de janeiro até outubro de
2012 e mostrou que neste mês houve um faturamento
bruto nominal de R$ 6,5 bilhões, o que representa um
aumento de 7 % sobre o mês anterior. Este resultado se
deveu ao aumento das exportações enquanto o mercado
interno sofreu uma retração forte
Hélio Fittipaldi
L
saiba mais
Os assinantes da revista
Mecatrônica Atual (que
possuem acesso exclusivo),
poderão ver mais sobre esta
entrevista com diversos outros
indicadores da indústria em 2012,
em nosso portal na internet:
14
Luis Aubert, presidente da ABIMAQ, em
apresentação contundente mas otimista para
o ano de 2013, mostrou o que vem passando
o setor de máquinas no Brasil e a demora
do governo em tomar decisões para salvar
o setor da desindustrialização.
Uma das coisas inéditas citadas por Aubert
foi a união dos empresários com os diversos
sindicatos de trabalhadores nesta luta, para
evitar também que a força de trabalho seja
dizimada pelas demissões, dificultando uma
retomada no futuro.
O resultado positivo mostrado neste
primeiro mês do último trimestre de 2012
deveu-se ao crescimento das exportações,
pois, o mercado interno teve uma retração
de 18,2% em relação ao mês anterior e uma
queda de 48,5% em comparação com o
mesmo período do ano anterior.
Comparando este mês de outubro/2012
com o de 2011, houve uma retração de
2,7% e no acumulado de janeiro a outubro
de 2012 tivemos uma queda de 2,3% em
relação a 2011, como mostra a figura 1 –
Faturamento Bruto mensal. Nesta figura
podemos notar, inclusive, que aumentou
a exportação e isto é o reflexo da cotação
do dólar, devido à desvalorização do real.
Mecatrônica Atual :: Novembro/Dezembro 2012
O consumo aparente, que representa
o consumo total de máquinas e equipamentos no mercado nacional, incluindo as
produzidas aqui e as importadas, menos
as máquinas e equipamentos exportados,
fechou o acumulado de 2012 em R$ 94,3
bilhões, resultado 1,9% superior ao mesmo
período de 2011.
Os importados representaram 61,1%
deste valor, seguido das vendas internas
das empresas locais, que foram 23,6% e
dos produtos importados incorporados à
produção de bens de capital, que somaram
15,3%, evidenciando a forte participação dos
produtos importados no mercado doméstico.
O mercado interno de consumo de
máquinas está aquecido, agora a produção
nacional é menor como podemos notar na
figura 2 – Consumo Aparente Mensal. Vejam
o resultado do mês apresentado no gráfico
desta figura, na coluna de outubro de 2012,
onde a parte em azul é a receita líquida de
produção nacional (que nos últimos meses
vem diminuindo sistematicamente) e em
vermelho temos o aumento de participação
dos importados.
Luis Aubert chamou a atenção dos presentes, afirmando: “Neste gráfico (figura 2),
a coluna azul neste ano (2012) está menor
do que em 2004, oito anos atrás, isto mostra
claramente que as nossas porteiras estão
completamente abertas e os importados estão
arrasando. Isto é o processo de desindustrialização... é quase terra arrasada. E posso
afirmar que todos os males neste caso aqui
no Brasil residem no câmbio... é o câmbio.
reportagem
Observem nossas exportações para os países
do primeiro mundo, EUA e Europa, estão
subindo e para a América Latina estão caindo
20 %. Isto é a invasão chinesa.”
Ainda, segundo o presidente da ABIMAQ, que transmitia esta apresentação
por televisão fechada a todas as suas mais
de 1200 sedes espalhadas pelo Brasil para
um público de mais de 10000 pessoas,
enquanto é exigido pela lei brasileira que as
máquinas aqui fabricadas sejam obrigadas
a atender a norma NR12 (de proteção do
trabalhador), as máquinas chinesas não sofrem
esta exigência, custando ainda mais barato
do que as nacionais e colocando em risco a
integridade do trabalhador brasileiro. Este
problema não é novo, como a reportagem da
Mecatrônica Atual já mostrou na edição nº
43 com um caso de trabalhador acidentado.
O custo Brasil é lembrado em algumas
citações da imprensa, onde sempre se referem
aos altíssimos impostos sem a devida contrapartida de benefícios. Mas, no fundo, a
lista é muito maior e impactante em todos os
setores, como portos pouco eficientes, estradas
mal cuidadas, burocracia em todo o serviço
público que, além da demora, provoca custos
de logística, contratação de despachantes,
etc. e muitos outros como câmbio, juros
bancários, justiça lenta, Constituição de
1998 ainda não totalmente regulamentada,
leis trabalhistas ultrapassadas, e leis atuais
mal elaboradas por muitos políticos sem
estudo e despreparados, que não exigem
as mesmas coisas dos produtos importados.
F1. Faturamento Bruto mensal.
Balança Comercial
Em outubro de 2012, as exportações
alcançaram o total de US$ 1,3 bilhões,
apresentando uma forte alta em comparação com o mês imediatamente anterior de
13,6%. Luis Aubert ressaltou: “As exportações para a Europa aumentaram 20% e
a crise econômica lá, é muito acentuada.
Para os EUA aumentaram 30%. Vejam
que só com uma desvalorização do real
aumentamos nossas vendas lá. É sinal de
que ainda somos competitivos em alguns
produtos e a Europa mesmo em condições
muito adversas, comprou mais de nós, só
com a diferença cambial e os impostos IPI,
ICM, etc, que não incidem nas exportações.
Esta é a hora também de refletirmos porque
estamos crescendo só 1,5% neste ano, enquanto a África do Sul e a América Latina
estão crescendo mais”.
F2. Consumo aparente mensal.
Quanto às importações, o resultado de
outubro com US$ 2,9 bilhões ficou 28,5%
acima do total alcançado em setembro de
2012. Na comparação com outubro do
ano anterior, essas variáveis, exportações e
importações, tiveram um resultado com alta
de 11,2% e queda de 3,2% respectivamente.
O déficit da balança comercial de janeiro
a outubro de 2012 foi US$ 14,4 bilhões,
ficando 2,1% inferior ao resultado observado
no mesmo período de 2011.
O presidente da ABIMAQ disse, ainda, que: “apesar de tudo, é para ficarmos
otimistas para o próximo ano. Perdemos
quase 10 mil empregos de alta qualidade e
é difícil recuperá-los. Em dezembro de 2012
e janeiro de 2013 deverão aumentar estes
desempregos, mas o governo federal está
fazendo esforços e o ministro Guido Mantega
diz que a economia brasileira está intoxicada
por juros e rendimentos altos, prejudicando
os negócios. O ano da virada será 2013. Se
você está pagando juros escorchantes no
seu banco, faça como eu e minha empresa:
mude para o Banco do Brasil que tem as
menores taxas.”
MA
15
supervisão
Os benefícios de
arquiteturas baseadas
em objetos para
SCADA e Sistemas
Supervisórios
Com a agilidade de produção. Hoje, com arquiteturas
baseadas em objetos, os desenvolvimentos de aplicações
de supervisão SCADA oferecem até 80% de economia
no custo de engenharia ao longo de arquiteturas baseadas em tag.
Autor: Steven D. Garbrecht
Tradução e adaptação: Thomaz Oliveira
C
saiba mais
Vírus em redes SCADA: proteção
garante o faturamento
Mecatrônica Atual 58
Arquiteturas para sistemas de
medição
Sistema supervisório: único e
absoluto
16
ondições econômicas enfrentadas em instalações industriais ditam que a produtividade
de engenharia deve ser maximizada com a
agilidade de produção. Hoje, com arquiteturas
baseadas em objetos, os desenvolvimentos de
aplicações de supervisão SCADA oferecem
até 80% de economia no custo de engenharia
ao longo de arquiteturas baseadas em tag.
Ser capaz de construir uma única vez
e usar muitas vezes é fundamental para o
gerenciamento de custos do projeto, e o
desenvolvimento baseado em objeto permite
melhores práticas a serem encapsuladas em
aplicações e padronização em toda a empresa.
Veja a figura 1.
Arquitetura de Software com base em
objeto têm estado ao redor, por muitos anos,
no mundo da computação comercial. Agora,
essas arquiteturas estão sendo aplicadas em
controle de processos e aplicações SCADA
para entregar um custo significativo e be-
nefícios operacionais. Neste artigo vamos
discutir o que são arquiteturas baseadas em
objeto, como elas melhoraram o desenvolvimento de aplicações SCADA e HMI e como
você pode calcular potenciais economias
de custos sobre os tradicionais sistemas
baseados em tag.
Sistemas baseados em Tag
vs. Baseados em Objetos
Sistemas baseados em Tag
Desde o início do PC baseado em HMI
e sistemas de supervisão, o acesso a dados
de processo, scripting, análise de alarmes e
de dados foram baseados no conceito de
tags. Estes sistemas utilizam uma lista de
“flat” de tags com built-in de hierarquia,
relacionamentos ou interdependências.
Grandes mudanças globais para uma
base de dados de um sistema de tag são
tipicamente realizadas externamente à aplicação, muitas vezes através de um arquivo
de texto ou através de ferramentas como o
Microsoft Excel ®.
Uma vez feitas, as alterações são importadas para o banco de dados do aplicativo.
Reutilização de engenharia em um sistema
baseado em tags é comumente instituída
através da referência a dinâmica ou cliente-servidor.
O sistema cria gráficos comuns contendo os scripts que mudam em tempo de
supervisão
Estrutura da
Aplicação
Desenvolvimento
Gráfico
Scripting
Padrões
Alterações de
aplicação
Como os
dados são
representados
Arquitetura baseado em objeto
Desenvolvimento
Hierarquia – Objetos criados usando
objetos orientados a metodologia
Workflow
Arquitetura baseado em tag
Runtime
Hierarquia – Componentes que
representam dispositivos físicos e
podem coordenar com components
em diferentes computadores
N/A
Último Realizado
Desenvolvido em modelos de objetos,
em seguida implantado para aplicação
em tempo de execução específico.
Rigorosamente aplicados
Propagado a partir de modelos de
objetos
Construções lógicas, tais como dispositivos físicos (por exemplo, válvulas
ou bombas) ou dispositivos lógicos
(por exemplo, loops PID ou cálculos)
são representados como objetos
Desenvolvimento
Hierarquia – Conteúdos gráficos
criados algumas vezes usando
orientação a objetos
Primeiro Realizado
Runtime
Plano – Exemplos Monolíticos
de software executado em uma
/ múltiplas máquinas como
“Aplicações” separadas
N/A
N/A
Desenvolvidos separadamente, ligada
a uma interface gráfica
N/A
N/A
Os objetos podem ser distribuídos,
trocados ou melhorados
N/A
Não são Rigorosamente aplicados
Com base em gráficos ou alterados
usando ferramentas como Excel
Dispositivos gráficos são representados como objetos ou tags
N/A
Exigi recompilação da
aplicação
N/A
T1. O contraste entre sistemas: Tag x
Baseado em Objetos.
execução. Devido a estrutura da aplicação
ser “flat”, o usuário deve então mudar cada
tag no sistema e analisar como a mudança
afeta o resto da aplicação.
Manutenção de aplicações baseadas em
tag geralmente envolve análise tag por tag
e atualização, que pode consumir quantidades significativas de trabalho. Uma vez
que as alterações do sistema são demoradas
e muitas vezes envolvem o uso de mão de
obra de terceiros, os sistemas baseados em
tags ficam limitados.
Sistemas baseados em Objetos
O conceito de desenvolvimento orientado a objeto é originado em tecnologia da
informação (TI). O objetivo foi o de fornecer
ferramentas que liberam o desenvolvedor de
programas repetitivos, enquanto, ao mesmo
tempo maximizassem a reutilização de código
através do desenvolvimento de objetos de
software comuns.
Como seria de esperar, essas ferramentas
não são um ajuste exato para o ambiente industrial. Por um lado, integradores
de sistemas e engenheiros de produção
não são tipicamente os programadores de
computador. Além disso, existem algumas
diferenças fundamentais entre arquitetura de
TI e aplicações de automação de produção.
Por exemplo, aplicações de TI normalmente envolvem acessar bancos de dados
não determinísticos, baseados em interfaces
de formulários que realizam coisas como
bancos online, relatórios de negócios, gestão
de RH, contabilidade financeira ou pesquisas
de informações estáticas.
F1. Sistemas com arquitetura baseadas em objetos.
Por outro lado, o controle de supervisão,
sistemas de execução de manufatura (MES)
e aplicativos de inteligência de plantas envolvem a aquisição de dados em tempo real do
processo; executar cálculos sofisticados para
determinar os fluxos e os valores de produção,
mostrando dados em tempo real nas telas
de operação ou de relatórios de processo e
ferramentas de análise e armazenamento
de dados para historiadores ou produções
relacionados com bases de dados.
Os dois ambientes são diferentes o suficiente para ditar que ferramentas baseadas
em objetos são construídas propositadamente
para o ambiente industrial. O ArchestrA
System Platfoem® usa uma arquitetura baseada em objetos que se chama ArchestrA.
Ele é projetado especificamente para clientes
industriais que desenvolvem, gerenciam e
mantêm sistemas de supervisão.
Comparando os dois sistemas
A tabela 1, a seguir, mostra o contraste
de sistemas de Tag X Baseados em Objetos.
Atente também para a figura 2.
Objetos ajudam a trabalhar
com Consistência e aplicar
as Melhores Práticas
Em aplicações SCADA com base em
objetos, aplicação com objetos contém
aspectos ou parâmetros associados com a
representação de ativos. Por exemplo, um
objeto-válvula pode conter todos os eventos, alarmes, segurança, cálculos, coleta de
dados, integração, comunicação e scripts
associados ao ativo.
Objetos não representam apenas equipamentos da fábrica. Eles podem incluir
cálculos, métodos de acesso a banco de
dados, indicadores-chaves de desempenho
17
supervisão
•Alterações de projeto são facilmente
realizadas, fazendo mudanças no
modelo de objeto e tendo os componentes herdando as mudanças através
da propagação;
•Mudanças no sistema em execução
e expansões são mais fáceis e mais
rentáveis por causa da replicação
automática e propagação de mudanças.
Desenvolver uma única vez
e reutilizar várias vezes
F2. Exemplo de um objeto-válvula contendo os eventos mostrados.
(KPIs), monitoramento de condições de
eventos, ERP operações de transferência
de dados, procedimentos de operadores
móveis, atividades de fluxo de trabalho e
tarefas MES. Todos esses objetos podem ser
padronizados e usados em todas as aplicações
de supervisão para conduzir consistência no
design e operação do sistema.
Por exemplo, um objeto de pedido de
trabalho padronizado pode ser criado e
em seguida adicionado a qualquer ativo da
planta, tal como uma bomba, no interior de
uma aplicação de supervisório para garantir
uma abordagem consistente e padronizada
para iniciar solicitações de trabalho.
Um modelo de objeto contém informações
valiosas sobre Alarmes / Eventos, Segurança,
História, SCADA, Scripts e entradas / saídas.
Instalações industriais controladas por um
moderno sistema de supervisão compartilham
um conjunto de características comuns:
•Dispositivos da Planta e equipamentos;
•Procedimentos Operacionais;
•Medições do processo;
•Cálculos;
•Display Gráfico para Operadores.
Arquiteturas baseadas em Objetos facilitam uma abordagem do tipo “cookie-cutter”
para projetos de sistema de supervisão, onde
a funcionalidade do sistema bem como as
características mencionadas acima podem ser
encapsulados em modelos de objetos, que,
duplicados e juntos formam um completo
sistema de supervisão.
18
A principal vantagem da abordagem
baseada em objetos é o conceito de modelos
de objetos. Na figura 3 está uma representação gráfica de como modelos de objetos
permitem um rápido projeto do sistema e
propagação de mudanças.
A primeira linha dessa figura mostra
a replicação de um modelo de objeto que
representa uma válvula de diafragma e
todas as suas características. Replicação é
o processo onde instâncias em tempo de
execução, ou componentes, são criados a
partir de modelos de objetos. A próxima
linha ilustra como uma mudança de uma
característica da válvula (ativação manual
para ativação automática) é propagada ao
longo de todas as instâncias do objeto-válvula
em tempo de execução.
Esta relação pai-filho é um dos principais benefícios da abordagem baseada em
objetos. As alterações são automaticamente
propagadas para todas as instâncias em
tempo de execução do modelo de objeto,
incluindo qualquer número de aplicações
de supervisão em execução em diferentes
localizações físicas. Ninguém precisa visitar
cada site para fazer as mudanças necessárias
que irão executar para centenas (ou mesmo
milhares) de instâncias de ativos comuns
como uma válvula.
•A criação do aplicativo é otimizado
pelo uso de modelos de objeto para
gerar automaticamente componentes
de tempo real;
A abordagem do ArchestrA System
Platform é baseada em objeto e simplifica o
desenvolvimento de aplicações de supervisão
e manutenção. O Integrated Development
Environment (IDE) permite o uso de simples janelas de arrastar-e-soltar, clique para
selecionar ou preencher a caixa de texto para
criar e manipular objetos.
Na maioria dos casos, esta abordagem é
muito mais fácil do que modificar os scripts
de linha por- inha. Além disso, o número
de erros de sintaxe e tempo de execução é
reduzido porque o IDE reforça específicas
regras do sistema. Além disso, os usuários
podem desenvolver modelos de objeto uma
vez e depois reutilizá-los muitas vezes e em
muitas aplicações, maximizando o retorno
de engenharia.
Gráficos da IHM
Orientados a Objetos
O termo “gráfico orientado a objetos” foi
usado no ambiente SCADA/HMI desde o
início de 1990. Gráficos Orientados a objetos
permitem aos usuários construir um símbolo
e replicá-lo em toda aplicação HMI.
Eles podem, então, editar o símbolo e
distribuir facilmente as mudanças para todos
os símbolos semelhantes ao mesmo tempo.
Enquanto esta é uma funcionalidade útil,
aplicações SCADA/HMI requerem mais do
que gráficos. Grande parte do trabalho de
desenvolvimento dos aplicativos de supervisão é gasto na criação de funcionalidades,
tais como:
•Monitoramento de Alarme;
•Scripts de animação;
•Scripts de segurança;
•Scripts de Supervisão;
•Armazenamento de dados históricos;
•Integração com outros aplicativos ou
bancos de dados;
•Detecção de eventos;
•Cálculos de movimento e fluxo;
supervisão
•Integração de dispositivos;
•Fluxo de trabalho.
Para realizar plenamente os benefícios
de uma arquitetura baseada em objetos, um
sistema SCADA/HMI precisa incluir todas
estas funções ou capacidades em modelos
de objetos, incluindo gráficos.
Vantagens de desenvolvimento
de arquiteturas
baseadas em objetos
Arquiteturas baseadas em Tag
Desde o início do software SCADA e
HMI baseados em PC, os usuários construíram gráficos para operadores e ligavam
as tags que representam endereços em um
CLP ou um sistema de controle.
Os passos abaixo representam o desenvolvimento do processo típico para a tradicional
aplicação SCADA baseada em tags:
•Utiliza um único computador para
o desenvolvimento;
•Gráficos para o operador e telas são
criados para a aplicação;
•Definições de tag são importadas do
CLP, ou configuradas manualmente;
•Os scripts de alarme e detecção de
eventos são definidos para cada tag;
•Tags e I/O associados são ligados a
elementos gráficos;
•Scripts de animação gráfica ou links
são criados;
•As alterações no sistema requerem fechar
o aplicativo, fazer alterações em muitos
scripts e referências de banco de dados de
tags para permitirem a nova funcionalidade. O aplicativo é então reinstalado em cada estação de trabalho
do operador.
Arquiteturas baseadas em Objeto
Arquiteturas baseadas em objetos associados com aplicações de supervisão e SCADA/
HMI foram pioneiras pela Wonderware®. O
ArchestrA System Platform e sua ferramenta
de desenvolvimento, o Integrated Development Environment (IDE), mudaram
fundamentalmente a forma de criação de
aplicações SCADA/HMI desenvolvidas.
Usando o ambiente de desenvolvimento
integrado, o desenvolvedor do aplicativo cria
um modelo de planta única com modelos
reutilizáveis de objetos.
O desenvolvedor é, assim, removido das
complexidades do ambiente de computação
F3. Representação gráfica de vários modelos de objetos.
e pode concentrar-se na modelagem da
unidade de produção. O desenvolvedor
pode se concentrar em diferentes ativos e
processos de produção que compõem toda
a supervisão do controle da fábrica. Depois
que o modelo de planta é capturado, é fácil
de implementar as funções de controle de
supervisão. Um pequeno investimento em
criação de modelos de objeto produz grandes
resultados em produtividade de engenharia.
Criar um aplicativo de supervisão utilizando o ArchestrA System Platform, envolve:
•Uma pesquisa do site conduzido
para entender o layout da operação
de produção ou processo;
•Criação de uma lista de peças similares, de equipamentos / ativos. Áreas
distintas de operação também são
identificadas;
•Modelos de objetos são configurados
para cada ativo comum na instalação, incluindo gráficos de IHM.
Este passo essencial permite que as
melhores práticas e padrões sejam
criados para uso em todos os projetos
de aplicações futuras;
•Dispositivos ou Componentes Modelados em objeto podem estar contidos
dentro de um ou outro para criar
peças complexas de equipamento;
•Modelos de objetos de dispositivo têm
atributos que representam verdadeiros
I/Os disponíveis no sistema CLP ou
controle. Estes atributos são, então,
ligados a E/S através de objetos de
integração de positivos (Objetos DI);
•O aplicativo pode ser montado no
IDE usando a simples operação de
arrastar-e-soltar;
•Objetos de aplicação são atribuídos
a grupos de segurança;
•O modelo de planta criada no IDE
pode, agora, ser implantado nos
computadores que vão armazenar
a aplicação;
•Assim que o aplicativo é desenvolvido,
a manutenção do sistema é fácil. As
alterações feitas em modelos de objeto podem ser propagadas para os
componentes-filhos encontrados em
aplicativos implementados.
Economizando Ciclo de Vida
Arquiteturas baseadas em objeto podem
proporcionar economia significativa durante
o seu ciclo de vida. Estas economias podem
ser classificadas em quatro áreas básicas tal
como ilustrado na tabela 2.
Num sistema baseado em tags tradicionais, as tags 162 (27 * 6 válvulas parâmetros
(I / O) valores por válvula) seriam criadas.
Em um Sistema SCADA baseado em objeto,
um modelo de objeto comum de válvula é
criado e objetos que representam cada válvula
individual são instanciados ou replicados a
partir desse modelo de objeto
Agora, vamos supor que ele leva 0,4
horas por tag para desenvolver o aplicativo
usando um tradicional tagbased Sistema
SCADA. Isso não inclui gráficos de processo ou de desenvolvimento CLP lógica
de controle.
19
supervisão
Área de economia
Economia de Desenvolvimentos iniciais
relacionados a geração de aplicações
Explicação
Isto representa a economia que resulta do tempo quando usuários desenvolvem aplicações definindo modelos de
objetos uma vez e, em seguida, usando esses modelos várias vezes.
Economia de Desenvolvimentos iniciais
relacionados a alterações de aplicativos
Isso representa a economia de desenvolvimento obtida através da capacidade para propagar alterações a partir de
modelos de objeto para todas as instâncias em tempos de execução derivados desses modelos. Quando múltiplas
alterações são solicitadas para aplicação durante o desenvolvimento, a economia pode realmente ser maior.
Utilizando um sistema de distribuição, reduz significativamente os custos de manutenção através da capacidade
de monitorar remotamente, alterar e implementar o software para todos os computadores com IHM em rede . Isto
é especialmente importante para redes geograficamente distribuídas, pois os usuários podem economizar tempo e
dinheiro, eliminando a necessidade de viajar para cada local para manutenção ou upgrades.
Economia de manutenção ao longo
do Ciclo de Vida do Sistema
Economia em todos os sites
Estas economias resultam de reutilizar os modelos e aplicações criados para este projeto em outros projetos. As
empresas usam isso para conduzir os padrões em seus projetos. Isto é particularmente benéfico para integradores
de sistemas, revendedores de valor agregado (VARs), equipamentos originais fabricantes (OEMs), fabricantes de
máquinas e operadores de instalações.
T2. Clasificação das economias por área.
Tipo do Dispositivo
Double seat valve
Número de Instâncias
27
I/O por instância
6
T3. Aplicação de supervisão com 27 válvulas com 6 parâmetros.
Tradicional IHM baseado em Tag
162 tags*0,4 h por tag = 64,8 h
Componente SCADA baseado em objeto
(2 h * 1 Modelo de Objeto) + (27 Instâncias
de válvulas * 0,4 h por instância) = 12,8 h
Economia
52 h ou 80%
T4. Comparação entre os tempos totais (Tag x SCADA baseado em objeto).
Tradicional, IHM baseado em Tag
64,8 h * 10% mudança = 6,48 h
Componente SCADA baseado em objeto
2 h / modelo de objetos * 10% mudança = 0,2 h
Economia
6,28 h ou 96%
T5. A mesma comparação entre os tempos totais, agora com mudança de 10% da aplicação.
Vamos estimar que leve duas horas para
desenvolver um modelo de objeto da válvula
e um adicional de 20% mais (ou 0,4 horas)
por instância de objetos para customizar
cada válvula individualmente na aplicação.
Observe na tabela 3 o Exemplo de
Dispositivo e a Estimação Individual.
Vamos supor que nós estamos desenvolvendo uma aplicação de supervisão que
tem, entre outras coisas, 27 válvulas de
assento duplo, cada um com seis parâmetros
de processo (I/O) que vai ser monitorado.
Estes são pontos I/O do CLP que medem
o desempenho desta válvula.
Lembre-se que um modelo de objeto
encapsula scripting, segurança, alarmes,
eventos, história e configuração do dispositivo
comunicações. Em um sistema baseado em
tags, tudo isso precisa ser programado usando
as tags de memória adicionais. Agora, vamos
comparar o tempo total para desenvolver o
aplicativo usando cada tipo de abordagem
de desenvolvimento.
Veja na tabela 4 o Esforço de desenvolvimento Inicial.
Esta é uma economia impressionante
e mesmo se você estimar a metade deste
número, economizará 40% em custos de
desenvolvimento.
20
Agora, o que acontece se uma mudança
é necessária e afeta 10% da aplicação?
Usando-se desenvolvimento baseado em
tag é razoável assumir que 10% do esforço
gasto no desenvolvimento inicial seria necessário para efetuar as alterações. No entanto,
usando-se desenvolvimento baseado em objeto,
tal como o Wonderware ArchestrA System
Platform, o esforço de mudança 10% apenas
necessita ser aplicado no modelo do objeto por causa da relação pai-filho entre objetos e
componentes. Nesta situação, as economias
adicionais podem ser calculadas assim:
Veja na tabela 5 o Esforço na alteração
da aplicação.
Desenvolvimento baseado
em objetos é o Futuro
Arquiteturas baseadas em Objeto podem proporcionar grandes vantagens no
desenvolvimento e manutenção de sistemas
SCADA e de supervisão.
Ao avaliar arquiteturas é importante
avaliar os seguintes aspectos técnicos considerados, incluindo:
•A ferramenta de desenvolvimento
fornece um modelo realista de equipamentos da fábrica e áreas de produção,
processos e linhas de produção?
•Pode a segurança de rede ser facilmente
integrada na aplicação, incluindo a
configuração de segurança centralizada?
•Será que oferecem conectividade
de dispositivos flexíveis e de custo/
ferramentas eficazes para fazer a
interface com todos os dispositivos
de campo na planta?
•Ela fornece utilitários de diagnóstico
centralizados?
•Pode o ambiente de desenvolvimento
permitir escalabilidade da aplicação
de um único nó para muitos nós
sem precisar refazer toda a aplicação?
•Aplicações IHM podem ser remotamente implantadas em computadores
através da rede?
•A ferramenta de desenvolvimento
fornece um espaço unificado que
facilita a navegação de tags do PLC
em rede, tanto em tempo de execução
como em off-line de desenvolvimento?
•É possível fazer download de dados
distribuídos em vários computadores?
•O sistema fornece redundância rentável
usando a tecnologia de virtualização
comercial “off the shelf”?
•O subsistema de alarme é distribuído?
•O arquivamento histórico definido
durante o desenvolvimento ou HMI
é uma ferramenta separada?
Um sistema SCADA moderno deve ser
capaz de oferecer todos os itens acima. MA
Steven D. Garbrecht é vice-presidente
de Software e Marketing de aplicações
avançadas, Invensys Operations Management
- Lake Forest/CA - USA
Thomaz Oliveira, Technical Sales Consultant
Wonderware, Invensys Operations
Management - São Paulo/SP - Brasil
conectividade
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Instalação Avançada
Parte 2
Veremos nesta segunda parte o aterramento da Rede
Profibus, e também abordaremos algumas vantagens
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N
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Miminizando Ruídos em Instalações
PROFIBUS
Utilização Eficiente de Canaletas
Metálicas para a Prevenção de
Problemas de Compatibilidade
Eletromagnética em Instalações
Elétricas - Ricardo L. Araújo,
Leonardo M. Ardjomand, Artur R.
Araújo e Danilo Martins, 2008. www.
emfield.com.br
Manuais:
Manual Inversor WEG
Manual Inversor Drive Siemens
Manual Smar Profibus
Artigos técnicos – César Cassiolato
www.smar.com/brasil2/
artigostecnicos/
Site do fabricante:
www.smar.com.br
Interferência Eletromagnética
em Redes de Computadores.
José Mauricio Santos Pinheiro:
www.projetoderedes.com.br/
artigos/artigo_interferencias_
eletromagneticas.php
22
o campo é muito comum se ter problemas
devidos à EMC (Emissão Eletromagnética)
e à diferença de potencial de terra, e estes
geram inconvenientes intermitências na
comunicação que, normalmente, não são
fáceis de se detectar.
Quando se tem o sinal de comunicação
PROFIBUS-DP e o cabeamento distribuído
entre as diversas áreas, o recomendado é
equalizar o terra conforme mostra a figura
1. Com isto, elimina-se a possível diferença
de potencial entre o aterramento da área
01 e o sinal DP, assim como a diferença de
potencial entre o aterramento da área 02.
O que é terra equipotencial?
A condição ideal de aterramento para uma
planta e suas instalações é quando se obtém
o mesmo potencial em qualquer ponto. Isso
pode ser conseguido com a interligação de
todos os sistemas de aterramento da mesma
através de um condutor de equalização de
potencial. Essa condição é chamada na
literatura técnica de “terra equipotencial”.
Assim, para qualquer pessoa dentro das
edificações, mesmo se houver um aumento
das tensões presentes não haverá o risco
de choque elétrico, uma vez que todos os
elementos estarão com o mesmo potencial
de terra.
Existem algumas regras que devem ser
seguidas em termos do cabeamento e separação entre outros cabos, quer sejam de sinais
ou de potência. Deve-se preferencialmente
utilizar bandejamentos ou calhas metálicas,
observando as distâncias conforme indica
a tabela 3 da primeira parte desta série de
artigos, na Mecatrônica Atual 58.
Nunca se deve passar o cabo Profibus-PA ao lado de linhas de alta potência, pois
a indução é uma fonte de ruído e pode afetar
o sinal de comunicação.
Quando se fala em shield e aterramento,
na prática existem outras maneiras de tratar
este assunto, onde há muitas controvérsias,
como por exemplo, o aterramento do shield
pode ser feito em cada estação através do
conector 9-pin sub D, onde a carcaça do
conector dá contato com o shield neste ponto
e ao conectar na estação é aterrado. Este caso,
porém, deve ser analisado pontualmente e
verificado em cada ponto a graduação de
potencial dos terras e se necessário, equalizar
estes pontos. Do ponto de vista funcional,
o propósito da blindagem dos cabos é criar
uma zona equipotencial de acoplamento
capacitivo ao redor do cabo. Mas isso só
é verdadeiro se a blindagem for conectada
ao referencial de terra equipotencial. Nesta
condição, a recomendação é que ambas
as extremidades da blindagem dos cabos
sejam aterradas.
Porém, se a condição de terra equipotencial não for garantida é recomendado
aterrar apenas uma das extremidades da
blindagem, preferencialmente no lado do
conectividade
sistema. Caso contrário, se a blindagem
for conectada em ambas extremidades sem
equalização do terra, haverá a circulação de
uma corrente parasita pela blindagem que
pode provocar problemas funcionais, além
de perigo potencial de choques elétricos na
extremidade não blindada. Desta forma,
recomenda-se o uso de cabo blindado com
isolação extra na blindagem para evitar
choques elétricos acidentais por contato.
O sistema de linha equipotencial é usado
para nivelar o potencial de terra em diferentes locais da planta de forma que nenhuma
corrente circule sobre a blindagem do cabo:
•Use cabos de cobre ou fitas de aterramento galvanizadas para a linha
equipotencial no sistema e entre
componentes do sistema,
•Conecte a linha equipotencial ao
terminal de aterramento ou à barra
com uma área de superfície ampla,
•Conecte todas as conexões de terra
e de blindagem (se existirem) do
instrumento ao sistema de linha
equipotencial,
•Conecte a superfície de montagem
(por exemplo, o painel do gabinete
ou trilhos de montagem) ao sistema
de linha equipotencial,
•Sempre que possível, conecte o sistema de linha equipotencial das redes
ao sistema de linha equipotencial
do prédio,
•Se as partes são pintadas, remova a
tinta do ponto de conexão antes de
conectá-lo,
•Proteja o ponto de conexão contra
corrosão depois da montagem, por
exemplo, com tinta de zinco ou verniz,
•Proteja a linha equipotencial contra
corrosão. Uma opção é pintar os
pontos de contato,
•Use parafuso de segurança ou conexões
de terminal para todas as conexões
de terra e superfície. Use arruelas de
pressão para evitar que as conexões
fiquem frouxas por causa de vibração
ou movimento,
•Use terminais nos cabos flexíveis
da linha equipotencial. As extremidades do cabo não devem nunca ser
estanhadas (não é mais permitido)!
•Faça o roteamento da linha equipotencial o mais perto possível do cabo,
•Conecte as partes individuais de
bandejas de cabos metálicas umas
às outras. Use anéis de acoplamento
(bonding links) especiais ou jumpers
específicos. Certifique-se que os
anéis de acoplamento são feitos do
mesmo material que as bandejas de
cabos. Os fabricantes das bandejas
de cabos podem fornecer os anéis de
acoplamento apropriados,
•Sempre que possível, conecte as
bandejas de cabos feitas de metal ao
sistema de linha equipotencial,
•Use anéis de acoplamento flexíveis
(flexible bonding links) para expansão
das juntas. Esses anéis de acoplamento
são fornecidos pelos fabricantes de
cabos.
Para conexões entre prédios diferentes
ou entre partes de prédios, a rota da linha
equipotencial deve ser traçada paralela ao
cabo. Mantenha as seguintes seções transversais mínimas, de acordo com a IEC
60364-5-54:
•Cobre: 6 mm²
•Alumínio: 16 mm²
•Aço: 50 mm²
Em áreas perigosas deve-se sempre
fazer o uso das recomendações dos órgãos
certificadores e das técnicas de instalação
exigidas pela classificação das áreas. Um
sistema intrinsecamente seguro deve possuir componentes que devem ser aterrados
e outros que não. O aterramento tem a
função de evitar o aparecimento de tensões
consideradas inseguras na área classificada.
Na área classificada evita-se o aterramento
de componentes intrinsecamente seguros, a
menos que o mesmo seja necessário para fins
funcionais, quando se emprega a isolação
galvânica. A normalização estabelece uma
isolação mínima de 500 Vca. A resistência
entre o terminal de aterramento e o terra do
sistema deve ser inferior a 1 Ω. No Brasil,
a NBR-5418 regulamenta a instalação em
atmosferas potencialmente explosivas.
Quanto ao aterramento, recomenda-se agrupar circuitos e equipamentos com
características semelhantes de ruído em
distribuição em série e unir estes pontos em
uma referência paralela. Recomenda aterrar
as calhas e bandejamentos.
Um erro comum é o uso de terra de
proteção como terra de sinal. Vale lembrar
que este terra é muito ruidoso e pode
apresentar alta impedância. É interessante o uso de malhas de aterramento, pois
apresentam baixa impedância. Condutores
F1. Sistema de aterramento com diferentes
áreas em PROFIBUS-DP.
F2. Terminador RS485-IS.
comuns com altas frequências apresentam
a desvantagem de terem alta impedância.
Os loops de correntes devem ser evitados.
O sistema de aterramento deve ser visto
como um circuito que favorece o fluxo de
corrente sob a menor impedância possível.
O valor de terra recomendado é que seja
menor do que 10 Ω.
RS485–IS
Existia grande demanda entre usuários
para apoiar o uso da RS485 com suas rápidas
taxas de transmissão em áreas intrinsecamente seguras. O PNO encarou esta tarefa e
desenvolveu uma diretriz para a configuração
de soluções RS485 intrinsecamente seguras
com capacidade de troca de dados simples
de dispositivos.
A especificação dos detalhes da interface, os níveis para corrente e tensão que
precisam ser aderidos para todas as estações
devem assegurar um funcionamento seguro
durante a operação.
Um circuito elétrico permite correntes
máximas em um nível de tensão específico.
Quando conectar fontes ativas, a soma
das correntes de todas as estações não pode
exceder a corrente máxima permitida. Uma
23
conectividade
Parameter
Bus System
Maximum input voltage
Maximum input current
Maximum inductance to resistance ratio
Number of devices
Communication Device
Maximum output voltage
Maximum output current
Maximum internal inductance
Maximum internal capacitance
External active bus termination
Maximum output voltage
Maximum output current
Maximum internal inductance
Maximum internal capacitance
Description
Value
Remark
UI [V]
I [A]
L’ / R’ [mH / W]
NTN
+- 4.2
4.8
15
≤32
UO [V]
IU [mA]
UI [V]
LI [H]
CI [nF]
+- 4.2
149
≥+- 4.2
0
N/A
UO [V]
IO [mA]
UI [V]
LI [H]
CI [nF]
+- 4.2
16
≥ +- 4.2
0
N/A
For the whole operation temperature range of the bus system
Total current from wires A, B and supply for bus termination
Insignificant for safety
Insignificant for safety
T1. Valores Limitantes RS485-IS.
Parameter
Description(1)
Value(2)
Remark
Communication device
1. Minimum idle level
UODidle [V]
0.50
Only relevant for devices with an integrated or a
connectable bus termination
For the worst-case bus configuration and maximum
load on the
For the worst-case bus configuration and maximum
load on the transmitter (see Section 2.6)
2. Transmission level on the bus connection (peak-to-peak) UODss [V]
≥2.7
3. Positive and negative transmission level on the
bus connection
> 1.5
< -1.1
≥ 0.8
< - 0.4
9.6; 19.2; 45.45; 93.75;
187.5; 500; 1500
> 12
≤ 40
~0
3.3 +- 5%
UODhigh [V]
UODlow [V]
UlDhigh [V]
UlDlow [V]
Kbits/s
4. Signal level on the receiver input
5. Data transmission rate
6. Input impedance (receiver)
RIN [kW]
CIN [pF]
LIN
UO [V]
7. Supply voltage RS 485 driver and bus termination
For the worst-case bus configuration (see Section 2.6)
A field device can be design with limited data
transmission rate
For a device supplied or not supplied
T2. Valores Elétricos RS485-IS.
Parameter
Surge impedance (W)
Working capacitance (nF / km)
Wire diameter
Cable type A
135... 165 at a frequency of 3... 20 MHz
≤ 30
> 0.64
Core cross-sectional area (mm)2
Loop resistance (W / km)
L/R
> 0.34
≤110
≤ 15
Data transmission rate (kBit / s)
Max. segment length (m)
≤ 93.75
1200
187.5
1000
500
400
1500
200
1) In accordance with the installation rules in EN 60079-14. The wire ends of fine-stranded conductors must be
protected against separation of the strands, e.g. by means of cable lugs or core end sleeves.
2) This minimum value applies for a maximum ambient temperature of 40º C and the temperature class T6 for a total
current in the field bus cable of max. 4.8 A . According to EN 50020 / 5.
3) Cable type A fulfils this requirement for a ambient temperature above -40º C.
T3. Cabo padrão RS485-IS e os limites de taxa de comunicação.
24
Limiting safety values
Not relevant
Not relevant
> 0.1 single wire for a fine-stranded conductor (1)
> 0.35(2)
> 0.0962(2)
Not relavant
≤ 15 for the lowest ambient temperature(3)
conectividade
inovação do conceito RS485–IS é que, em
contraste ao modelo FISCO que tem somente
uma fonte intrinsecamente segura, todas as
estações representam agora fontes ativas.
Vejamos algumas características:
Áreas perigosas (Ex i):
•RS485-IS: cada estação representa
fontes ativas;
•Tensão de saída máxima (Uo) = 4,2 V
•L/R < 15 µH/Ω (Cabo);
•Σ Io = 4,8 A;
•Devices, Couplers, Links, Terminadores devem atender à classificação
•A máxima corrente de um device
DP-IS: 4,2V/32 = 0,149 A;
•A corrente restante de 32 mA é reservada para os 2 BTs ativos;
•A resistência limitante da corrente
vale: 4,2/0,149 = 28,3 Ω;
•Máximo baud rate: 1,5 MHz.
Valores Limitantes e elétricos
Veja as tabelas 1 e 2.
A figura 2 detalha a terminação para
a RS485-IS.
A figura 3 mostra detalhes das possibilidades de topologia da RS485-IS.
A tabela 3 mostra o tipo de cabo padrão e os limites de taxa de comunicação.
Para detalhes de shield e aterramento, veja
a figura 4.
Em resumo, o que devemos verificar em
termos de RS485-IS:
•Verifique nos manuais de cada dispositivo, se estão de acordo com
PTB-Mitteilungen/1/;
•Verifique se todos os dispositivos
estão de acordo com os guias do
PNO(Certificado, etc.);
•Verifique que o cabo utilizado está
de acordo com as especificações do
cabo tipo A (IEC 61158/IEC61784
/3/) (L’ , C’ and R’);
•Verifique se o cabo atende as regulações
à prova de explosão (EN 50014 /19/,
EN 50020 /5/ e EN 60079-14 /7/)
em termos de instalação, diâmetro
mínimo do condutor, etc.
•Verifique se a máxima corrente de
cada device DP-IS é <= 0,149 A e que
a corrente para cada BT é <= 16 mA;
•Verifique se o número máximo de
devices é 32 por segmento;
•Verifique se a tensão de saída máxima
(Uo) = 4,2 V;
•Verifique se L/R < 15 µH/Ω (Cabo)
F3. Topologia RS485-IS.
•Verifique se Σ Io <= 4,8A;
•Verifique se máximo baud rate: 1,5
MHz e;
•Verifique a distância máxima em
função do baud rate.
Minimizando ruídos
gerados, principalmente, por
inversores de frequência
Alguns pontos a serem analisados nas
instalações e que podem ajudar na minimização de ruídos gerados por inversores
de frequência. É muito comum se ter
centros de controle de motores operando
em Profibus-DP e alguns cuidados são
necessários para que a rede não seja afetada por intermitências, causando paradas
indesejadas.
Vale sempre lembrar que:
•Em áreas perigosas, deve-se sempre
fazer o uso das recomendações dos
órgãos certificadores e das técnicas de
instalação exigidas pela classificação
das áreas.
•Aja sempre com segurança nas medições. Evite contatos com terminais e
fiação. A alta tensão pode estar presente
e pode causar choque elétrico.
•Lembre-se que cada planta e sistema
tem os seus detalhes de segurança.
Se informe deles antes de iniciar
seu trabalho, ou de fazer qualquer
intervenção.
Boas práticas de aterramento e
eliminação dos efeitos dos loops de
terra (Ponto Comum)
O Loop de terra deve sempre ser evitado
ou minimizado pois favorece que uma corrente flua através do condutor, criada pela
diferença de potencial entre dois pontos de
aterramento, como por exemplo, duas áreas
conectadas via cabo Profibus-DP, o que
é muito comum nas instalações. Deve-se
sempre evitar o acoplamento de campos
magnéticos em cabos de sinal.
Quando dois dispositivos são conectados
e seus potenciais de terra são diferentes, a
corrente flui do potencial mais alto para o
mais baixo, através do cabeamento Profibus.
Se o potencial de tensão for alto o suficiente,
o equipamento conectado não será capaz de
25
conectividade
F4. Shield e Aterramento no RS485-IS.
absorver o excesso de tensão e consequentemente será danificado ou poderá responder
inadequadamente à comunicação.
Mesmo em situações em que o potencial
de tensão não atinja níveis suficientes para
causar danos nos equipamentos, o loop de
terra pode ser prejudicial para as transmissões
de dados, gerando erros, devido às oscilações causadas. Este tipo de intermitência é
comum em instalações e muito complicado
de ser diagnosticado.
Para evitar os efeitos de loop de terra,
pode-se utilizar isoladores ópticos (repetidores) ou links de fibra óptica nas linhas de
dados mais longas. Manter todos os pontos
de terra vinculados por cabos independentes,
garantindo a equipotencialidade dos mesmos.
Aterramento e inversores
Os requisitos de aterramento dependem
do tipo de inversor. Inversores com terra
verdadeiro (TE) devem necessariamente ter
uma barra de potencial de 0 V separado do
barra de terra de proteção (PE). Tem-se duas
possibilidades: conectar os barramentos em
um único ponto no gabinete da sala elétrica
ou levar separadamente estas barras até a
malha de terra. Vale sempre consultar os
manuais dos fabricantes e suas recomendações.
Layout e Painéis de automação e
elétricos
Não aproximar o cabo da rede Profibus
com os cabos de alimentação e saída dos
inversores, evitando-se assim, a corrente de
modo comum. Sempre que possível limitar o
tamanho dos cabos, evitando comprimentos
longos e ainda, as conexões devem ser as
26
menores possíveis. Cabos longos e paralelos
atuam como um grande capacitor.
A boa prática de layout em painéis
permite que a corrente de ruído flua entre
os dutos de saída e de entrada ficando
fora da rota dos sinais de comunicação e
controladores:
•Todas as partes metálicas do armário/
gabinete devem estar eletricamente
conectadas com a maior área de
contato. Deve-se utilizar braçadeira
e aterrar as malhas(shield) dos cabos;
•Cabos de controle, comando e de
potência devem estar fisicamente
separados (> 30 cm). Sempre que
possível, utilizar placas de separação
e aterradas;
•Contatores, solenoides e outros dispositivos e acessórios eletromagnéticos
devem ser instalados com dispositivos
supressores, tais como: snubbers (RCs,
os snubbers podem amortecer oscilações, controlar a taxa de variação
da tensão e/ou corrente, e grampear
sobretensões), diodos ou varistores;
•Cabos de controle e comandos devem
estar sempre em um mesmo nível e
de um mesmo lado;
•Evitar comprimentos de fiação desnecessários, assim diminuem-se as
capacitâncias e indutâncias de acoplamento;
•Se utilizada uma fonte auxiliar 24
Vcc para o drive, esta deve ser de
aplicação exclusiva ao inversor local.
Não alimente outros dispositivos DP
com a fonte que alimenta o inversor.
O inversor e os equipamentos de
automação não devem ser conectados
diretamente em uma mesma fonte;
•Recomenda-se o uso de filtro RFI e
que sempre se conecte o filtro RFI
o mais próximo possível da fonte
de ruído;
•Nunca misture cabos de entrada e
de saída;
•Todos os motores acionados por
inversores devem ser alimentados
com cabos blindados aterrados nas
duas extremidades;
•Um reator de linha deve ser instalado
entre o filtro RFI e o drive;
•Sempre que possível utilizar trafo
isolador para a alimentação do sistema
de automação.
Os reatores de linha constituem um meio
simples e barato para aumentar a impedância
da fonte de uma carga isolada (como um
comando de frequência variável, no caso dos
inversores). Os reatores são conectados em
série à carga geradora de harmônicas e ao
aumentar a impedância da fonte, a magnitude
da distorção harmônica pode ser reduzida
para a carga na qual o reator é adicionado.
Aqui se recomenda consultar o manual do
inversor e verificar suas recomendações.
O ideal é ter um indutor de entrada
incorporado e filtro RFI/EMC para funcionar como uma proteção a mais para o
equipamento e como um filtro de harmônicas para a rede elétrica, onde o mesmo
encontra-se ligado.
A principal função do filtro RFI de
entrada é reduzir as emissões conduzidas
por radiofrequência às principais linhas de
distribuição e aos fios-terra. O Filtro RFI
de entrada é conectado entre a linha de
alimentação CA de entrada e os terminais
de entrada do inversor. Deve-se consultar
o manual do fabricante do inversor e seguir
os detalhes recomendados:
•Os cabos do motor devem estar separados dos cabos da rede. Instalar o
inversor e seus acionamentos auxiliares
como relés e contatores em gabinetes
independentes de outros dispositivos,
não misturando cabos de sinais com
cabos de controle/comando, principalmente de controladores e mestre
Profibus-DP;
•Para atender as exigências de proteção de EMI todos os cabos externos
devem ser blindados, exceto os cabos
de alimentação da rede. A malha de
conectividade
blindagem deve ser contínua e não
pode ser interrompida;
•Separe em zonas diferentes os sinais
de entrada de potência, controle/comandos, saída de potência, etc. Utilize
blindagem entre as diferentes zonas;
•Certifique-se de que cabos de diferentes zonas estão roteados em dutos
separados;
•Certifique-se de que os cabos se
cruzam em ângulos retos a fim de
minimizar acoplamentos;
•Use cabos que possuam valores de
impedância de transferência os mais
baixos possíveis;
•Nos cabos de controle recomenda-se,
instalar um pequeno capacitor (100
nF a 220 nF) entre a blindagem e o
terra para evitar circuito AC de retorno
ao terra. Esse capacitor atuará como
um supressor de interferência. Mas
a orientação é sempre consultar os
manuais dos fabricantes dos inversores.
Atenuando ruído
Escolher inversores com toroides ou
adicionar toroides (Common mode choke) na
saída do inversor. A orientação é verificar o
manual do fabricante e suas recomendações:
•Utilizar cabo isolado e shieldado (4
vias) entre o inversor e o motor e
entre o sistema de alimentação até
o inversor;
•Tentar trabalhar com a frequência de
chaveamento, a mais baixa possível.
A orientação é verificar o manual
do fabricante e suas recomendações;
•Conecte a blindagem em cada extremidade ao ponto de aterramento do
inversor e à carcaça do motor;
•Sempre aterre a carcaça do motor.
Faça o aterramento do motor no
painel onde o inversor está instalado
ou no próprio inversor;
•Inversores geram correntes de fuga
e nestes casos, de acordo com os
fabricantes, pode-se introduzir um
reator de linha na saída do inversor;
•Ondas refletidas: se a impedância do
cabo utilizado não estiver casada com
a do motor acontecerá reflexões. Vale
lembrar que o cabo entre o inversor e
o motor apresenta uma impedância
para os pulso de saída do inversor (a
chamada Surge Impedance). Nestes
casos também se recomenda reatores.
F5. Blindagem em baixa e alta frequência & aterramento em um e dois pontos.
A orientação é verificar o manual do
fabricante e suas recomendações;
•Cabos especiais: outro detalhe importante e que ajuda a minimizar os
efeitos dos ruídos eletromagnéticos
gerados em instalações com inversores e motores AC é o uso de cabos
especiais que evitam o efeito corona
de descargas que podem deteriorar a
rigidez dielétrica da isolação, permitindo a presença de ondas estacionárias
e a transferência de ruídos para a
malha de terras. Outra característica
construtiva de alguns cabos é a dupla
blindagem que é mais eficiente na
proteção à EMI;
•Em termos da rede DP, distanciá-la
do inversor, onde os sinais vão para
os motores e colocar repetidores
isolando as áreas. O ideal é usar
conectores com indutores de 110 nH
em série com os sinais A e B, onde a
taxa de comunicação for maior que
1,5 Mbit/s. Estes indutores ajudam
a evitar em cabos com menos de 1m
entre estações DPs o efeito reflexivo
proporcionado pelas capacitâncias
internas dos equipamentos. Evite
deixar conexões sem a proteção do
cabo, os chamados stub-lines e que
podem favorecer reflexões;
•Deixar sempre mais de 1 m de cabo
entre as estações DPs, para que não
haja efeito capacitivo entre as estações
e a impedância do cabo elimine este
efeito;
•Verificar se os inversores possuem
capacitores de modo comum no Bar-
ramento CC. Verificar as orientações
dos manuais do fabricante;
•Colocar repetidores isolando as áreas
de inversores das demais áreas em
uma rede Profibus.
•Quando se tem OLM (Optical Link
Module), verificar a topologia, pois
a programação dos mesmos pode
afetar a performance da rede gerando
timeouts;
•Um ponto muito importante e que
pode gerar interferência pela mudança
física do cabo Profibus DP é quando
se dobra o cabo ou se tem curvatura
além da permitida pelo fabricante,
isto forma um splice. Isto é muito
comum nas instalações. Verifique se
existem curvaturas acentuadas no cabo
PROFIBUS que ultrapassem o raio
de curvatura mínimo recomendado
pelo fabricante. Uma curva muito
acentuada no cabo pode esmagá-lo, mudando a sua impedância e
facilitando a ocorrência de reflexões,
especialmente em altas velocidades
de transmissão.
Para saber mais sobre acoplamentos
Capacitivos e Indutivos, veja o artigo Dicas
de blindagem e aterramento em Automação
Industrial, na Mecatrônica Atual nº 53.
Uso de Cabos Blindados na
minimização de ruídos
Na questão da melhor eficiência de
proteção a ruídos, a dupla blindagem (trança
e folha) tem sido aplicada com melhora significativa na relação sinal/ruído e podemos
comentar que:
27
conectividade
•Com dupla proteção com certeza a
eficiência é maior. Existem cabos até
com mais de 3 proteções. Quanto
mais fechada a malha, melhor é a
proteção;
•Pode utilizar de o shield (trança) e a
folha de maneiras distintas, aplicando-os para baixas e altas frequências.
No caso das baixas frequências pode-se
aterrar o cabo em apenas uma das extremidades e espera-se neste caso que nestas
frequências a blindagem apresente o mesmo
potencial. Com isto teríamos uma maior
proteção em ruídos de baixas frequências.
No caso das altas frequências, a blindagem
apresentará alta suscetibilidade ao ruído e
neste caso, recomenda-se que seja aterrada
nas duas extremidades (aqui alguns cuidados
devem ser tomados na prática por questões
da equipotencialidade e mesmo segurança).
Com esta alternativa da dupla proteção,
protegeria a comunicação das baixas e altas
frequências, sendo melhor na proteção a EMI.
A eficácia da malha (trança) é geralmente
mais eficaz em baixas frequências, enquanto
que a folha é mais eficaz em frequências
mais altas.
Cabos com shield em espiral precisam
ser avaliados, pois podem apresentar efeitos indutivos e serem ineficientes em altas
frequências.
Quando se tem o aterramento da malha
em um só ponto (vide figura 5), a corrente
não circulará pela malha e não cancelará
campos magnéticos. Quando se aterra em
dois pontos tem dois caminhos da corrente,
um para baixas e outro para altas frequências.
Vale ainda lembrar que:
•Minimizar o comprimento do condutor que se estende fora da blindagem;
•Garantir uma boa conexão do shield
ao terra.
Ocorre uma distribuição das correntes,
em função das suas frequências, pois a corrente tende a seguir o caminho de menor
impedância. Até alguns kHz: a reatância
indutiva é desprezível e a corrente circulará
pelo caminho de menor resistência.
Acima de kHz: há predominância da
reatância indutiva e com isto a corrente
circulará pelo caminho de menor indutância.
O caminho de menor impedância é
aquele cujo percurso de retorno é próximo
ao percurso de ida, por apresentar maior
capacitância distribuída e menor indutância
distribuída.
28
Ao se aterrar o shield em dois pontos:
•Não há proteção contra loops de terra;
•Danos aos equipamentos ativos possivelmente significativos quando a
diferença de potencial de terra entre
ambos os extremos ultrapassar 1
V(rms) (acima de 1 Vrms não é recomendado aterrar em dois pontos.
Deve-se ter cuidado!);
•A resistência elétrica do aterramento
deve ser a mais baixa possível em
ambos os extremos do segmento
para minimizar os loops de terra,
principalmente em baixas frequências;
•Minimizar comprimento da ligação blindagem-referência, pois este
excesso de comprimento funciona
como uma bobina e pode facitar a
susceptibilidade a ruídos;
•A melhor solução para blindagem
magnética é reduzir a área de loop.
Utiliza-se um par trançado ou o
retorno de corrente pela blindagem;
•A efetividade da blindagem do cabo
trançado aumenta com o número de
voltas por cm.
Em relação a inversores, que normalmente serão geradores de ruídos, um ponto
importante é que a maioria dos inversores
possui frequência de comutação que pode
ir desde 1,0 kHz a 30 kHz. Além disso,
alguns fabricantes de inversores comentam
que atendem as normas CE, mas que em
instalações envolvendo inversores deve-se:
•Aterrar adequadamente e segundo
os seus manuais (shield aterrado
nos dois extremos e as carcaças de
motores aterradas são recomendações
de fabricantes);
•Potência de saída, fiação de controle
(E/S) e sinal devem ser de cabo blindado, trançado com cobertura igual
ou superior a 75%, conduíte metálico
ou atenuação equivalente;
•Todos os cabos blindados devem
ter sua terminação num conector
blindado apropriado;
•Os cabos de controle e sinais devem
ficar afastados no mínimo 0,3 m fios
de força/potência.
está intimamente ligada à qualidade das
instalações. Sempre consulte as normas.
A blindagem contra campos magnéticos
não é tão eficiente quanto é contra campos elétricos. A blindagem só é eficiente
quando estabelece um caminho de baixa
impedância para o terra e, além disso, uma
blindagem flutuante não protege contra
interferências. A malha de blindagem deve
ser conectada ao potencial de referência
(terra) do circuito que está sendo blindado.
Aterrar a blindagem em mais de um ponto
pode ser problemático.
Em baixas frequências, os pares trançados absorvem a maior parte dos efeitos da
interferência eletromagnética. Já em altas
frequências esses efeitos são absorvidos pela
blindagem do cabo.
Vale lembrar ainda que se um material
não magnético envolve um condutor faz com
que a corrente deste condutor retorne por
um outro caminho de tal modo que a área
definida pelo trajeto desta corrente é menor
do que quando o condutor não é envolvido,
então esta proteção será mais efetiva.
Sempre que possível, conecte as bandejas
de cabos ao sistema de linha equipotencial.
O seu tempo de comissionamento, startup
e seus resultados podem estar comprometidos
com a qualidade dos serviços de instalações.
Como cliente, contrate serviços de empresas
que conheçam e dominam a tecnologia Profibus e que façam instalações profissionais e
de acordo com o padrão Profibus.
MA
Conclusão
César Cassiolato é Diretor de Marketing,
Qualidade e Engenharia de Projetos e
Serviços da Smar Equipamentos Ind. Ltda.,
Diretor Técnico do Centro de Competência
e Treinamento em Profibus e Engenheiro
Certificado na Tecnologia Profibus e Instalações
Profibus pela Universidade de Manchester.
Vimos neste artigo vários detalhes importantes. Na próxima parte veremos mais
detalhes de instalação. Vale a pena lembrar
que o sucesso de toda rede de comunicação
O conteúdo deste artigo foi elaborado
cuidadosamente. Entretanto, erros não
podem ser excluídos e assim nenhuma
responsabilidade poderá ser atribuída ao
autor. Sugestões de melhorias podem ser
enviadas ao email [email protected].
br. Este artigo não substitui os padrões
IEC 61158 e IEC 61784 e nem os perfis
e guias técnicos do PROFIBUS. Em caso
de discrepância ou dúvida, os padrões IEC
61158 e IEC 61784, perfis, guias técnicos e
manuais de fabricantes prevalecem.
instrumentação
Manutenção e
Calibração de
Medidores
de Vazão
A medição de vazão é crítica para o seu processo industrial? Uma indicação errônea implica em perdas e
qualidade do produto final? Como saberemos se o medidor precisa de manutenção? Estas e outras perguntas
serão respondidas de forma clara e objetiva para facilitar nas rotinas operacionais e tomadas de decisões de
engenheiros e técnicos de instrumentação e qualidade.
Bruno Castellani
M
edidores de vazão são instrumentos que
medem diretamente ou indiretamente a
quantidade de fluido (volume ou massa)
que passa por um determinado tempo. Os
medidores de vazão são utilizados para medição de fluidos líquidos, pastosos e gasosos.
Temos no mercado uma gama diversificada de medidores de vazão que utilizam
diversos princípios de funcionamento, como
os mostrados nas figuras 1.
saiba mais
Uma nova tecnologia para medição
de vazão
Calibração de medidores de vazão
Seleção de Medidores de Vazão
Medição de Vazão: a 3ª Grandeza Mais
Medida nos Processos Industriais
30
F1. Medidores Magnéticos, Medidores tipo Vortex, Coriolis, Turbina, Ultrassônico e placa de
orifício por pressão diferencial.
instrumentação
F2. Medidor magnético em operação por 10 anos sem manutenção.
Manutenção
A correta medição dos medidores de
vazão está diretamente ligada às condições
de instalação, condições do processo e uma
correta engenharia de aplicação. Qualquer
desgaste, contaminação, incrustação, instalação incorreta e danos internos e externos,
provocará erros de medição. De fato, os medidores de vazão, ao longo do uso, sofrerão
desgastes, pois estão em contato direto com
o fluido do processo, mas estes desgastes
podem ser minimizados.
Imaginem um medidor fabricado há
10 anos que nunca foi retirado do processo
para inspeção. Será que o desgaste, incrustação, etc, estão provocando algum erro de
medição? (figura 2)
Se partirmos para a análise a seguir, em
qual medidor você confiaria para instalação
em seu processo? (figuras 3 e 4)
O comparativo mostra, com clareza,
a condição em que o medidor estava em
processo, medindo a vazão erroneamente.
Após intervenção e constatação do
problema, foi realizada a manutenção e
calibração do medidor para garantir uma
medição correta no mesmo ponto de aplicação.
O grande diferencial para manter um
medidor de vazão dentro das condições
operacionais por vários anos consiste na
realização das três ações básicas, abaixo:
•Manutenção preventiva - inspeção
periódica interna de incrustação e
desgaste interno dos componentes,
e realização de limpeza geral.
•Manutenção preditiva - monitoramento e acompanhamento das medições
de vazão para verificação de tendência
de erro de medição (figura 5).
F3. Medidor em operação.
F5. Gráfico de tendência de erro x desgaste do medidor.
31
instrumentação
•Calibração - verificação do erro
do medidor nas condições atuais, e
possível ajuste do fator de calibração
para o erro aceitável.
Os medidores de vazão, na sua grande
maioria, possuem um número de calibração, conhecido como Fator de Calibração
(figura 6). Este número é encontrado após
diversos testes e a realização da calibração
de fábrica do medidor.
O fator de calibração é a garantia de
que o erro de medição esteja dentro do erro
admissível pelo fabricante, no momento
da venda.
A maneira mais confiável de sabermos
qual erro de medição que o medidor apresenta, é através da realização de calibração em
laboratório de vazão acreditado pelo Inmetro.
A calibração é muito importante, pois
além de calibrar, é possível calcular um novo
Fator de Calibração e compensar o desgaste
do medidor, retornando-o às condições de
erro admissível estipulado pelo fabricante.
Veja a tabela 1.
Observando-se essa tabela, inicialmente
o medidor com calibração de fábrica possuía
o Fator de Calibração 1000 e um erro de
medição de 0,5%. Este mesmo medidor em
operação por certo tempo e depois enviado
para calibração, apresentou um erro de
medição de 1,2%, ou seja, o tempo de uso
e o seu desgaste ocasionaram o aumento
do erro.
Após a recalibração e ajuste do fator
de calibração, o medidor retornou ao erro
admissível de fábrica. Figura 7.
Calibração
F4. Medidor após manutenção.
Comumente conhecida como aferição,
esta nomenclatura foi substituída pelo termo
Calibração, que significa a atividade de
comparação de valores medidos e incertezas
de medição entre um medidor-padrão e o
medidor a ser calibrado.
De acordo com o Vocabulário Internacional de Metrologia, o termo Calibração
significa: “Operação que estabelece, sob
condições especificadas, numa primeira
etapa, a relação entre os valores e as incertezas de medição, fornecidos pelos padrões
e as indicações correspondentes com as
incertezas associadas”.
Ou seja, comparando um medidor-padrão
e o medidor a ser calibrado, obtém-se um
erro de indicação, visualizado através da
emissão de um certificado de calibração.
Na tabela 2, temos a explicação simplificada da relação entre erro e correção,
baseada na comparação entre instrumentos
de Teste e Padrão.
E = Teste - Padrão
e
C = Padrão - Teste
onde:
E= Erro;
C= Correção
F6. Exemplo de número ou fator de calibração.
32
onde:
E1= Erro referente o mesmo ponto;
E2 = Erro referente ao fundo de escala
instrumentação
Sistema de calibração
de vazão – Líquidos
O sistema de calibração de vazão (figura 8)
consiste, basicamente, de cinco componentes:
•Reservatório de água- armazena a
água para ser utilizada na calibração
de vazão.
•Bomba- gera a vazão para realizar a
calibração.
•Medidor padrão- medidor de referência de vazão, tanque volumétrico
e balança.
•Medidor a ser calibrado- medidor
que será comparado com o padrão
para encontrar o erro.
•Válvula de controle- regula a vazão,
conforme os pontos de calibração.
Com o medidor de teste instalado na
mesma linha que o medidor-padrão, é
acionada a bomba para gerar vazão.
Após certo tempo de estabilidade e ajuste
da válvula de controle no ponto de vazão
desejada, é realizada a coleta de no mínimo
três amostras para executar a comparação.
Este procedimento é repetido de acordo
com a quantidade de pontos desejados para
calibração.
Finalizado as coletas, as informações são
analisadas e validadas através da emissão de
certificado de calibração.
Conclusão
Para um aumento da vida útil dos medidores de vazão e a garantia da confiabilidade
na medição do processo, é necessário uma
forte atuação em manutenção preventiva,
preditiva e suportada pela confiança metrológica, atrelada a Laboratórios de Vazão
confiáveis, idôneos e acreditados pelo Inmetro.
Desta forma, manteremos a confiança
no ponto de medição, histórico de manutenção do medidor e erros apresentados
pelo medidor.
MA
Medidor Novo
Fator de calibração* 1000
Erro de medição
0,50%
Medidor em Operação
1000
1,20%
Medidor em Operação Recalibrado
Novo Fator - 1012
0,50%
T1. Comparativo de fator de calibração.
Medidor Teste
100
74
50
Medidor Padrão
99
75
51,5
E = erro
1
-1
-1,5
E1%
1,01
-1,3
-2,9
E2%
1
-1
-1,5
C = correção
-1
1
1,5
T2. Tabela de erro Padrão x Teste.
F7. Laboratório de calibração Emerson acreditado pelo Inmetro.
Bruno Castellani é Coordenador de Serviços
- Laboratório de Vazão na Emerson Process
Management
F8. Sistema de calibração de vazão de líquidos - Emerson.
33
ferramentas
Gerenciamento de
Ativos e Autodiagnose:
Tecnologia para facilitar a vida do
usuário, reduzir custos operacionais
e de manutenção, além de contribuir
para a melhoria contínua de processos
industriais autossustentáveis
Neste artigo faremos uma abordagem do impacto dessas tecnologias
de manutenção e controle de plantas industriais, visando a obtenção
de processos de manufatura mais autossustentáveis.
N
saiba mais
Gerenciamento de energia elétrica
para redução de demanda
Gerenciamento de ativos na
manutenção
Com investimento Zero faça a sua
empresa lucrar mais
Ações para melhorar a
disponibilidade dos equipamentos e
reduzir custos de manutenção
34
Nos últimos anos temos acompanhado que
os mercados de instrumentação e automação
vêm demandando equipamentos de campo
(transmissores de pressão e temperatura,
conversores, posicionadores, atuadores,
etc.) com alta performance, confiabilidade,
disponibilidade, recursividade, etc, com a
intenção de minimizar consumos, reduzir a
variabilidade dos processos, proporcionar a
redução de custos operacionais e de manutenção, assim como garantir a otimização e
melhoria contínua dos processos. Isso resulta
em fortes aliados, na busca por indústrias
mais autossustentáveis.
Por outro lado, os microprocessadores
estão se tornando mais poderosos e mais
baratos e, os fornecedores na instrumentação
vêm respondendo às demandas dos usuários
por mais e melhores informações em seus
processos. Quanto mais informação, melhor
uma planta pode ser operada e sendo assim,
mais produtos pode gerar e mais lucrativa
pode ser. A informação digital permite
que uma sistema colete informações dos
mais diversos tipos e finalidades de uma
planta, como ninguém jamais imaginou e
César Cassiolato
Leandro Henrique Batista Torres
neste sentido, com o advento da tecnologia
Filedbus(HART, Profibus, Foundation
Fieldbus), pode-se transformar preciosos
bits e bytes em um relacionamento lucrativo
e obter também um ganho qualitativo do
sistema como um todo.
A tecnologia Fieldbus é rica no fornecimento de informação, não somente
pertinente ao processo, mas em especial
dos equipamentos de campo. Desta forma,
condições de autodiagnoses podem poupar
custos operacionais e de manutenção, principalmente em áreas classificadas (perigosas)
ou mesmo em áreas de difícil acesso. Da
própria sala de controle pode-se ter uma
visão geral do sistema e ainda com ferramentas baseadas em Internet, a qualquer
hora e de qualquer lugar. Através de um
gerenciamento destas informações vindas
do campo, pode-se selecionar convenientemente os dados para se atingir os objetivos
de produção, direcionando as informações
às pessoas e/ou departamentos corretos e
agindo de maneira a melhorar os processos.
É claro que em termos automação
industrial sustentável, a escolha correta de
ferramentas
tecnologias de controle e manutenção de
plantas por si só, já é base para traçar ações
iniciais eficazes em busca de processos mais
sustentáveis. Entre outras ações podemos
destacar aquelas que são complementares
e tão ou mais importantes quanto:
•Implantação de tecnologias colaborativas.
•Estabelecimento de governança para
alinhamento interno.
•Conscientização de visão holística recursos, fabricação e vendas.
•Identificação de fatores impactantes
chaves – ambiental, social, etc.
•Alinhamento de estratégias externas.
•Criação de um plano de ações.
•Acompanhamento através de parâmetros e métricas de processos.
Basicamente existem quatro grandes
grupos de profissionais em uma planta que
precisam ter acesso à informação, diretamente
relacionados ao processo de produção, sendo
que cada grupo vê o processo conforme sua
perspectiva:
•Manutenção: sempre estão preocupados com o processo no sentido de
como está trabalhando o processo
produtivo e se é necessária manutenção
em algum equipamento;
•Produção: preocupados com o rendimento, matéria-prima e os estoques.
•Controle de qualidade: preocupados
com a qualidade do que está sendo
produzido e com a percentagem de
produtos rejeitados;
•Gerenciamento: sempre atentos à
demanda do mercado e procurando
maximizar as margens de lucro via
processos produtivos e atualmente,
guiados por premissas de criação de
processos sustentáveis.
Exemplifica-se a seguir, equipamentos
de campo e o que eles têm a colaborar com
esta nova perspectiva operacional no gerenciamento de informações de uma planta,
com a disponibilidade de autodiagnoses,
facilitando a operação e manutenção e
muito mais.w
Adequando-se ao novo cenário
Atualmente, 60% das manutenções
efetuadas têm caráter corretivo, 33% caráter
preventivo, 6% caráter preditivo e somente
1%, caráter proativo. E ainda, em mais de
60% das idas ao campo não se consegue
detectar problemas nos equipamentos. Porém,
F1. Tela de diagnósticos de um Posicionador de Válvulas.
atualmente este cenário vem se alterando
graças à utilização de autodiagnoses nos
equipamentos de campo combinadas com
as ferramentas de gerenciamento (Asset Managment). A tendência é que a percentagem
de manutenção preditiva e proativa tenha
um aumento significativo nos próximos
anos e que as idas ao campo só sejam feitas
na real necessidade.
Uma vez que se tem a disponibilidade
de recursos de diagnósticos e ferramentas
adequadas, é de extrema importância que o
usuário crie a cultura de administrar estas
informações, começando pela coleta de informações durante a fase de comissionamento
dos equipamentos e startup dos processos,
onde criará sua base de dados de referência
que deve ser comparada periodicamente com
os dados correntes. Neste processo inicial,
por exemplo, é que se busca otimizar as
sintonias das malhas de acordo com a otimização dos processos. Aqui se encaixam os
gráficos e trends. Através do monitoramento
on-line dos diagnósticos, o usuário poderá
detectar facilmente a condição de status dos
equipamentos de campo.
Independentemente das ferramentas, os
equipamentos executam análises de suas condições de operação e determinam potenciais
de condições de falhas, disponibilizando
sempre estas informações aos usuários. É
claro que o uso destes recursos dos equipamentos combinados com a comunicação
digital em protocolo aberto e softwares
de gerenciamento (Asset Management)
permite ao usuário diagnósticos remotos
que extrapolam as gerações de alarmes e
permitem a manutenção preventiva, preditiva
e proativa. Tudo isto contribuindo para a
diminuição de paradas não programadas e
aumentando sensivelmente a confiabilidade
e disponibilidade da planta.
O objetivo é tornar a manutenção
mais fácil, mais prática e menos custosa,
garantindo a funcionalidade operacional
e contínua dos equipamentos em um nível de desempenho aceitável no controle
de processo , minimizando os esforços e
adaptando o sistema para uma expansão
operacional confiável e segura. Vale lembrar
ainda que muitos dos problemas e questões
de performance, às vezes, estão relacionados
às péssimas condições de instalação e critérios
de manutenção, que com certeza merecem
um outro foco e artigo dedicado.
Autodiagnósticos
Normalmente, os recursos de diagnósticos estão associados ao hardware
dos equipamentos e ao tratamento pelos
softwares que gerenciam as informações
disponibilizando-as ao usuário.
O objetivo principal para o usuário é a
redução do tempo de parada quando esta for
exigida em uma condição extrema de falha ou
antecipadamente prever o melhor momento
da mesma, causando o menor impacto ao
processo e a um custo efetivo interessante.
Em outras palavras, é com o recurso de
diagnoses que os equipamentos vão ajudar
o usuário a isolar as fontes de problemas.
Veja a figura 1.
35
ferramentas
Observa-se nesta figura, onde se destaca a indicação de violação do número de
reversões de um posicionador, o que pode
caracterizar uma má sintonia de malha, por
exemplo. Além disso, uma má sintonia de
malha implica em movimentar desnecessariamente uma válvula, facilitando o seu
desgaste, aumentando o consumo de ar e
a variabilidade do processo. Aqui já temos
um claro indício de que com um simples
autodiagnóstico no posicionador poderíamos
maximizar o tempo entre manutenções, além
de termos uma economia com o consumo de
ar e consumo de insumos pela minimização
da variabilidade do processo. É o sistema
de manutenção monitorando a análise de
autodiagnose do posicionador, avisando
automaticamente ao usuário quando fazer a
manutenção em determinado equipamento
ou que algo no processo não está adequado.
Autodiagnósticos em
Posicionadores
Veremos a seguir, na figura 2, os recursos
de autodiagnose disponíveis em um posicionador fieldbus desenvolvido com tecnologia
aberta. Existem alguns parâmetros no bloco
transdutor do posicionador que podem ser
usados na manutenção preditiva e proativa.
Alguns deles podem ser lidos on-line
enquanto outros parâmetros exigem que o
processo pare, ou que o controle da planta
esteja configurado como manual. É possível detectar degradações no desempenho
comparando-se os parâmetros atuais com
os valores padrões e, então, agendar uma
manutenção preditiva e proativa.
Valve Totals
F2. Recursos de autodiagnósticos do Posicionador.
36
•STROKES: indica o número de vezes
que a válvula abre e fecha totalmente.
É o indício de que os batentes precisam
de reparos.
•REVERSALS: indica o número de
vezes que a válvula muda de direção
de acordo com o movimento. O
número de reversos é incrementado
quando a válvula muda de direção
e o número de movimentos excede a
zona morta. Já vimos anteriormente
sua importância.
•TR AVEL (hodômetro): indica o
número equivalente de deslocamentos
totais. O hodômetro é incrementado
quando o número de mudanças
excede o valor da zona morta. É
ferramentas
usado para indicar que o diafragma
precisa ser substituído e o atuador/
válvula revisados.
Valve Performance
•CLOSING TIME: indica o tempo
(em segundos) que a válvula leva para
ir de totalmente aberta a totalmente
fechada.
•OPENING TIME: indica o tempo
(em segundos) que a válvula leva para
ir de totalmente fechada a totalmente
aberta.
Estes tempos são usados para indicar um
problema com o atuador ou posicionador,
rompimento do diafragma e problemas com
o sistema de ar, assim como agarramentos
e stress mecânicos.
Temperature
•HIGHEST TEMPERATURE: indica o maior valor da temperatura
medida pelo sensor de temperatura
do posicionador.
•LOWEST TEMPERATURE: indica o menor valor da temperatura
medida pelo sensor de temperatura
do posicionador.
•TEMPERATURE: indica o valor da
temperatura medida pelo sensor de
temperatura do posicionador.
Estes parâmetros poupam que o equipamento trabalhe fora dos limites industriais,
alertando o usuário.
Advanced Status
Indica o estado do diagnóstico contínuo, incluindo as condições do módulo
mecânico:
•REVERSAL LIMIT EXCEEDED:
este alarme indica o limite de reversos
configurado.
•TRAVEL LIMIT EXCEEDED: este
alarme indica o limite do hodômetro
configurado.
•DEVIATION LIMIT EXCEEDED:
este alarme indica o limite do desvio
configurado.
•MODULE PARAMETERS NOT
INITIALIZED, alarme automático:
parâmetros do módulo mecânico não
foram inicializados.
•MODULE NOT CONNECTED
TO THE CIRCUIT, alarme automático: módulo mecânico não está
conectado ao circuito eletrônico.
•TEMPERATURE OUT OF RANGE, alarme automático: temperatura
fora da faixa operacional.
•SLOW VALVE MOVEMENT OR
LOW AIR SUPPLY, alarme automático: movimento lento de válvula, ou
baixa pressão da fonte de ar.
•MAGNET NOT DETECTED,
alarme automático: o ímã não foi
detectado.
•BASE NOT TRIMMED, alarme
automático: a base não está ajustada.
O campo em destaque indica a condição
atual do diagnóstico.
Sensor Pressure
•SENSOR PRESSURE IN: indica a
leitura do sensor de pressão da entrada.
•SENSOR PRESSURE OUT1: indica a leitura do sensor de pressão
da saída 1.
•SENSOR PRESSURE OUT2: indica a leitura do sensor de pressão
da saída 2.
Sensor Pressure Status
•SENSOR PRESSURE STATUS:
indica o estado do sensor de pressão
da entrada.
Com os sensores de pressão podemos
analisar as condições de posicionamento
versus pressão de ar, criando condições de
identificação de agarramentos, stress e desgastes, determinando antecipadamente uma
parada não programada para manutenção do
conjunto válvula/atuador ou sistema de ar.
Status
Mostra o diagnóstico contínuo do estado
do equipamento, incluindo a condição do
bloco funcional, do módulo eletrônico e
do módulo mecânico. Todos os alarmes
são automáticos, ou seja, o equipamento
irá notificar o usuário mesmo que o alarme
não tenha sido configurado.
•BLOCK CONFIGURATION ERROR: indica erro nos componentes de
hardware e software associados ao bloco.
•LINK CONFIGURATION ERROR:
indica erro na configuração do link.
•SIMULATE ACTIVE: indica que
o equipamento está no modo de
simulação.
•LOCAL OVERRIDE: indica que
o equipamento está sendo operado
manualmente.
•DEVICE FAULT STATE SET:
indica que o equipamento está em
condição de falha.
•DEV ICE NEEDS M A I N TE NA NCE SOON: o diagnóstico interno da configuração do
usuário ou a avaliação interna
do equipamento detectou que o
equipamento precisará de manutenção em breve.
•INPUT FAILURE/PROCESS VARIABLE HAS BAD STATUS: a
condição da variável de processo é
BAD.
•OUTPUT FAILURE: indica uma
falha na saída que pode ter sido
causada pelo módulo eletrônico ou
mecânico.
•MEMORY FAILURE: indica uma
falha eletrônica, dependendo do
processo de avaliação interna. Por
exemplo, um checksum errado foi
detectado na memória principal.
•LOST STATIC DATA: indica que
o equipamento perdeu dados da
memória flash ou EEPROM.
•LOST NV DATA: indica que o
equipamento perdeu dados da memória RAM.
•READBACK CHECK FAILED:
indica uma discrepância na leitura
do valor de retorno, isto é, entre o
setpoint e a posição real da válvula.
Pode ter sido causada por uma falha
de hardware ou mesmo de emperramento, ou falta de ar no atuador ou
posicionador.
•DEVICE NEEDS MAINTENANCE NOW: o diagnóstico interno
da configuração do usuário ou a
avaliação interna do equipamento
detectou que o equipamento precisa
de manutenção.
•POWER UP: indica que o equipamento finalizou o procedimento
inicial de operação.
•OUT-OF-SERVICE: indica que o
bloco funcional está fora de serviço.
•GENERAL ERROR: um erro ocorreu
e não pode ser classificado como um
dos erros abaixo.
•CALIBRATION ERROR: um erro
ocorreu durante a calibração do equipamento, ou um erro de calibração
foi detectado durante a operação do
equipamento.
37
ferramentas
F3. Assinatura da válvula.
•CONFIGURATION ERROR: um
erro ocorreu durante a configuração
do equipamento, ou um erro de
configuração foi detectado durante
a operação do equipamento.
•ELECTRONIC FAILURE: um
componente eletrônico falhou.
•MECHANICAL FAILURE: um
componente mecânico falhou.
•I/O FAILURE: uma falha de E/S
ocorreu.
•DATA INTEGRITY ERROR: indica
que dados armazenados no sistema
podem não ser mais válidos porque a
somatória dos dados feita na memória
RAM falhou ao ser comparada com
os dados da memória não volátil.
•SOFTWARE ERROR: o software
detectou um erro que pode ter sido
causado por um desvio para uma
rotina errada, uma interrupção, um
ponteiro perdido, etc.
•ALGORITHM ERROR: o algoritmo usado no bloco transdutor gerou
um erro. Por exemplo, pode ter sido
causado por excesso de dados.
Note que alguns diagnósticos são úteis
também para os fabricantes dos equipamentos como uma maneira de identificar
itens com maior incidência de falhas e, com
isto, pode-se continuamente melhorar a
qualidade de componentes utilizados e a
confiabilidade dos equipamentos. Note ainda
pela figura 3 que vários recursos gráficos
ficam facilitados pelos autodiagnósticos,
como por exemplo a assinatura da válvula.
Este gráfico mostra o comportamento da
posição em relação a pressão de saída. O
usuário pode analisar o comportamento de
resposta da válvula de acordo com a pressão
do ar. Por exemplo, ele pode salvar o gráfico
durante a instalação ou o comissionamento
e, depois, comparar o gráfico atual com o
que foi salvo anteriormente.
É possível verificar se será preciso mais
pressão para alcançar a mesma posição, e
neste caso pode significar que existe um
emperramento ou desgaste da válvula.
Figura 4.
Manutenção em
Posicionadores e Válvulas
F4. Desvio da Válvula.
38
O estado dos posicionadores e das
válvulas deve ser periodicamente acompanhado através dos diagnósticos, visando
a manutenção preditiva e proativa. Este
ferramentas
acompanhamento periódico promove a
redução dos custos de manutenção, uma
vez que a manutenção passa a focalizar
somente os equipamentos que realmente
necessitam de manutenção, possibilitando
um melhor planejamento e menor tempo de
parada para a planta (downtime). Entende-se por melhor planejamento, atividades
relacionadas com a aquisição de peças
de reposição, uma vez que em casos não
incomuns, podem chegar a um prazo de
entrega de dezenas de meses.
Com o processo configurado em manual
ou off-line, é possível monitorar e testar o
desempenho para avaliar a condição geral
de operação dos posicionadores e válvulas.
O serviço e a calibração dos posicionadores
são executados com o objetivo de assegurar
a precisão do controle e o melhor desempenho possível das válvulas.
Estes procedimentos são executados
normalmente durante as paradas do processo ou em modo Manual, não sendo
necessário retirar as válvulas do processo.
Os serviços recomendados pelo resultado
das análises são relatados imediatamente
após os testes, e todos os resultados podem ser arquivados na base de dados da
manutenção. Por exemplo, através destas
análises é possível concluir que uma válvula está emperrada ou que necessita de
engraxamento.
Com a análise dos testes, é possível
criar uma referência de tempo entre as
calibrações ou entre a manutenção dos
posicionadores, dos atuadores e das válvulas. Nos posicionadores, os testes podem
indicar a necessidade de ajuste de ganho,
limpeza de restrições de ar, melhoria do
sistema de ar e ajuste de sintonia.
O critério de periodicidade e toda
sistemática de análise são fundamentais
nesta etapa de conhecimento das informações, para que a manutenção preditiva
possa aproveitar todas as informações
armazenadas.
Após a calibração, é necessário checar
a assinatura da válvula e avaliar a resposta
dinâmica. Caso o resultado não seja satisfatório, será preciso analisar as condições
válvula/atuador e atuador/ posicionador
para obter a melhor parametrização. Se as
válvulas de controle testadas continuam
apresentando problemas no controle, o
dimensionamento das válvulas também
deverá ser analisado. O dimensionamento
estará baseado nas condições mínimas,
médias e extremas do processo. Esta etapa
deve ser acompanhada por um engenheiro
de aplicação ou um técnico especializado.
A grande vantagem da tecnologia
digital é o tratamento das informações
qualitativas, não só dos valores de processo,
aliado à monitoração on-line das condições
de operação de válvulas de controle e à
análise on-line de curvas de desempenho
e desvios.
A tecnologia de ponta utilizada no
posicionador permite executar poderosos
algoritmos de diagnósticos internamente
e oferecer recursos poderosos na análise
preditiva e proativa de problemas.
O posicionador possui recursos de
caracterização (tabelas; curvas QO (Quick
Open) e EP (Equal Percentage), monitoração da pressão de entrada e saída,
monitoração da temperatura, controle de
milhagem, strokes, movimentos reversos,
sinais de entrada, setpoint, desvios, etc. É
possível realizar diagnósticos on-line com
segurança, sem interromper o processo. É
possível configurar os limites de milhagem
(hodômetro), strokes, reversals e alertas em
geral. Através destes recursos o usuário
pode acompanhar qualquer tendência a
defeitos , e evitar problemas no processo
antecipadamente. As informações são coletadas e armazenadas em históricos para
uma configuração específica, facilitando
o planejamento e as ações de manutenção.
É recomendado realizar os gráficos antes
e depois de uma manutenção, para registrar
os estados do posicionador, da válvula e
do atuador no banco de dados. A base de
dados será estudada posteriormente para
auxiliar na decisão do período de tempo
necessário entre a realização de manutenções, espaçando ao máximo o intervalo de
tempo entre duas manutenções seguidas
e a parada do equipamento. Através dos
diagnósticos, os responsáveis pela planta
executam a manutenção proativa com
base na informação em tempo real, antes
mesmo que o problema aconteça, sem ter
que esperar por uma parada programada,
evitando e reduzindo o tempo ocioso da
planta. A manutenção proativa no posicionador é realizada configurando-se alguns
alarmes, por exemplo, Reversal, Deviation e
Travel. Acompanhe nas figuras 5, 6, 7 e 8.
Quais são os novos paradigmas
para o gerenciamento de ativos?
São os que tiram vantagens dos modernos
recursos de rede e arquitetura de software,
como interface OPC, Microsoft services,
acesso via WEB, FDT/DTMs e onde estas
ferramentas oferecem ao usuário ampla
visibilidade da planta, a qualquer hora, em
qualquer lugar, seja através de um PC, PDA
ou telefone celular (WAP, SMS). Hoje é comum encontrarmos ferramentas no mercado
que utilizam o próprio WEB Browser como
plataforma para as interfaces gráficas com
F5. Vista Geral do Posicionador de Válvula.
39
ferramentas
o usuário. Um exemplo é o AssetView, da
Smar. Sendo um recurso nativo da maioria dos sistemas operacionais mais usados
(Windows, Linux, Solaris, QNX etc), o uso
de WEB Browsers simplifica o treinamento
e manutenção do próprio sistema, além de
eliminar a tradicional atualização dos clientes.
É fundamental que o sistema utilize
tecnologias abertas garantindo a interoperabilidade.
Quais os benefícios do
gerenciamento de ativos?
F6. Notificação das manutenções necessárias.
Os benefícios são amplos, onde podemos citar:
•Redução dos tempos de parada
(downtime) e, consequentemente,
redução de custos com a parada
planejada.
•A escolha do melhor momento de
parada para uma manutenção.
•A manutenção no equipamento
que realmente tenha um problema.
Hoje, mais de 60% das idas ao
campo não indicam que realmente
um equipamento tem problemas.
Com o gerenciamento economiza-se principalmente com as idas à
áreas perigosas que, por sua vez,
diminuem os custos financeiros e
humanos envolvidos em atividades
perigosas ou insalubres.
•Melhoria nos processos industriais,
garantindo-se o perfeito funcionamento e reduzindo-se a variabilidade
dos processos com a consequente
redução de matérias-primas, redução
de custos e aumento da qualidade
final dos produtos.
•Criação da ferramenta-base para
a implantação e manutenção de
processos produtivos sustentáveis.
Conclusão
F7. Lista dos eventos de diagnósticos e ações recomendadas.
40
As pessoas já têm recebido a mensagem
de que a sustentabilidade é importante. As
agências regulamentadoras vêm fazendo
o seu papel através de diretivas, padrões
e outros mecanismos, que não devem ser
relegados a um monte de papéis. Muito
pelo contrário, a adoção dessas normas e
padrões fortalecem a cadeia de valor de
todo um setor industrial. O desafio atual
é torná-la operacional e esse é o papel das
empresas fornecedoras de tecnologia de
automação.
ferramentas
Isso se evidencia através deste artigo,
com o avanço dos equipamentos de
campo aliado aos benefícios das tecnologias abertas no sentido de facilitar o
dia a dia do usuário, disponibilizando
informações que podem ser usadas
para prognosticar falhas e problemas,
além de proporcionar condições para
redução de custos operacionais e de
manutenção, assim como a redução de
insumos com a otimização contínua dos
processos e a redução da variabilidade
dos mesmos. Os autodiagnósticos são
os pontos-chave para a manutenção
preditiva e proativa.
É importante a adoção de soluções
abertas como HART, Foundation Fieldbus
e Profibus, onde os benefícios da tecnologia
digital são decisivos e garantem condições
de intercambiabilidade, interoperabilidade,
integração com sistemas convencionais e
futuras expansões, protegendo investimentos, criando sistemas com ciclo de
vida maior. Em termos de ferramentas de
gerenciamento, as baseadas em Internet
são as mais indicadas, visto que garantem a informação a qualquer hora e em
qualquer lugar, além de poder alimentar
um banco de dados único, que permitirá
a análise estatística das ocorrências no
chão de fábrica.
Um sistema de manutenção deve ter
recursos que permitam ao usuário identificar
ou prognosticar facilmente e rapidamente
qualquer mau funcionamento de sua planta.
Neste sentido, deve ter tecnicamente facilidades de gerações de dados estatísticos,
levantamento de históricos, gerações de
relatórios, e permitir fácil acesso de qualquer lugar, mesmo fora da planta.
MA
F8. Análise da distribuição de Ocorrências em Campo.
41
O
ferramentas
Modelos de
engenharia
utilizados em
operações
de plantas
Veja como obter maior eficiência e segurança
Rob Hockley e Ron Beck,
Aspen Technology, Inc.
saiba mais
1. Mullick, S. e V. Dhole, Consider
integrated plant design and
engineering, p. 81, Hydrocarbon
Proc. (dez. 2007)
2. Lofton,W. e L. Dansby, Adding
value by integrating process
engineering concepts and
cost estimating, apresentado na
AspenWorld 2002 Conference
3. Wiesel, A. e A. Polt, Paradigm
shifts in conceptual process
optimization, AspenTech User
Group Meeting, Frankfurt, Alemanha
(abr. 2007)
4. Donkers, M., Runaway reaction
hazard assessment within Shell
International Chemicals, disponível
on-line em www.safetynet.de
42
5. Cox, R. et al., Can simulation
technology enable a paradigm
shift in process control? Modeling
for the rest of us, p. 1.542,
Computers & Chem. Eng. (set. 2006)
6. Pres, R. e P. S. Peyrigain, Minimizing
VDU heat exchanger fauling
through application of rigorous
modeling, apresentado no Aspen
HTFS Annual User Group Meeting,
Colônia, Alemanha (dez. 2006)
7. Griffith, J. et al., Advances in frontend engineering workflow and
integration, p. 32, Hydrocarbon Eng.
(jan. 2008)
s Modelos de Engenharia podem desempenhar um papel significativo na melhoria
da eficiência e da segurança da planta. A
modularização de software, inovações na
interface do usuário e potência de computação
estão abrindo cada vez mais oportunidades
de uso de modelos em operações.
Este potencial crescente torna ainda mais
crítica a reutilização dos mesmos modelos
para resolver problemas diferentes em todo
o ciclo de vida dos ativos e em diferentes
níveis de granularidade em operações.
Afinal de contas, uma simulação que prevê
confiavelmente um aplicativo e uma situação específica torna-se muito mais valiosa
se pode ser aplicada a todas as tarefas que
requerem a modelagem desta unidade ou
deste processo. Na verdade, a utilização
mais ampla destes modelos promete ter um
impacto profundo nos negócios. Em vista
disso, descreveremos aqui as tendências atuais
em reutilização dos modelos e os workflows
(fluxos de trabalho) integrados resultantes.
Em primeiro lugar, vamos apresentar o
cenário resumindo os desafios de negócio
que estão estimulando o uso da tecnologia
de modelagem orientada ao ciclo de vida
completo da planta:
•A pressão da competição global
impõe a necessidade de acelerar a
engenharia, reduzir os custos de
capital e otimizar as operações. Isso
aumenta ainda mais o valor de se ter
um conjunto comum de modelos que
possa ser utilizado desde a síntese do
processo até as operações da planta e
a eliminação de gargalos.
•Os custos crescentes de energia e o
custo secundário das emissões de
gases de efeito estufa exigem que
os processos sejam redesenhados
e otimizados. Modelos adequados
para uso por grupos de projeto, de
engenharia da planta, de compliance e
operações são uma ferramenta-chave.
•A escassez de engenheiros “veteranos”
qualificados se estenderá à próxima década. A transferência eficaz
de expertise em otimização para os
“novatos” demanda modelos cada
vez mais poderosos e fáceis de usar,
capazes de capturar conhecimento e
experiência organizacionais.
Estes desafios pedem a adoção dos modelos
comuns para resolver múltiplos problemas,
a criação de modelos mais fáceis de usar e a
ferramentas
integração dos modelos com software para
solucionar problemas de negócio de maior
amplitude. As atuais ferramentas integradas
de modelagem já abordam muitas dessas áreas
e a tecnologia continua a evoluir.
Principais Tendências
em Modelagem
O papel da modelagem de processos
está evoluindo de duas maneiras distintas:
1. No início, as ferramentas de modelagem foram desenvolvidas para resolver
problemas específicos, tais como análise
de energia, projeto de trocador de calor,
análise dinâmica e estimativa de custo. Em
seguida, a indústria começou a criar ligações
entre essas ferramentas individuais para
que pudessem compartilhar informações
e dados. Então, com o desenvolvimento de
modelos de dados de processos e ferramentas
modularizadas, estas ligações evoluíram
para um autêntico workflow integrado de
simulação de processos (figura 1). Esta abordagem integrada traz benefícios em termos
de tempo, custo e qualidade. (O workflow
dinamizado também oferece vantagens para
as empresas de engenharia, que enfrentam
pressões crescentes para executar projetos
eficazmente com menos engenheiros.[1])
2. Os modelos de processos desenvolvidos
originalmente para Front-End Engineering
Design (FEED), agora, são usados em operações na planta. Os operadores se apoiam
cada vez mais em modelos para dar suporte
a decisões operacionais, otimizar processos
em tempo real e melhorar a precisão dos
sistemas de planejamento.
Vejamos alguns exemplos de como a
modelagem integrada está agregando valor
atualmente.
Simulação/processo de trabalho em
economia
A integração de análise econômica com
a atividade básica de desenvolvimento de
processo gera benefícios consideráveis. Os
engenheiros de processos não precisam esperar até que um pacote formal seja fornecido
ao departamento de estimativa para que
tenham a compreensão exata dos trade-offs
econômicos entre projetos alternativos. Os
custos do processo são calculados e otimizados simultaneamente ao desenvolvimento
conceitual do processo, permitindo que os
engenheiros entendam melhor o impacto
econômico de suas decisões de projeto.
F1. Os modelos de processos podem desempenhar um papel importante em todas as fases.
A Fluor, que define esta integração como
“desenho otimizado para custo”, cita uma
série de benefícios[2], entre eles capacidade
de focar em trade-offs de tecnologia/custo
antecipadamente, melhoria da qualidade
das estimativas e maior conscientização do
custo durante o desenho.
A BASF calcula que economiza 10% a
30% em custos de capital e até US$2 milhões/ano em energia com sua abordagem
de desenho i-TCM (intelligent Total Cost
Minimization - Minimização de Custo
Total inteligente), que envolve a execução
simultânea de simulação de processo, análise
de custo e modelagem de equipamento[3]. O
objetivo é otimizar a capacidade, reduzir os
custos operacionais e desenvolver desenhos
melhores para plantas novas ou reformuladas.
Workflows de desenho/operabilidade
O uso de modelos dinâmicos para análise
de segurança e operabilidade é outro avanço
ao mostrar se uma solução de simulação de
desenho é estável em condições dinâmicas
reais. A meta é usar os mesmos modelos de
operações da unidade para análise tanto
estacionária quanto dinâmica, evitando
ter que desenvolver os modelos novamente.
A Shell Chemicals adota esta abordagem
para modelar sistemas de reator e de alívio
de modo a garantir que os sistemas de segurança projetados possam conter quaisquer
reações não controladas (runaway reactions).
Esta utilização de modelagem dinâmica
aumenta a segurança e a confiabilidade das
operações e reduz custos operacionais por
meio da otimização das operações normais[4].
Workflow de engenharia conceitual/
básica/detalhada
A engenharia básica integrada é mais uma
área onde os workflows evoluíram. O balanço
de calor e de materiais e os fluxogramas de
estudos de simulações são inseridos diretamente no processo de engenharia básica, no
qual diversas disciplinas definem o FEED
e, em seguida, passam esta informação para
o desenho detalhado.
A Worley Parsons, ao unir simulação
de processo, engenharia básica e desenho
detalhado, obtém um aumento estimado de
25% na eficiência de engenharia e redução
de 50% no tempo de engenharia básica[5].
Migração de modelos de P&D/
Engenharia para operações da planta
Os modelos criados durante as fases de
desenho e desenvolvimento de uma planta
envolvem conhecimento e trabalho de engenharia substanciais. Os benefícios incluem
aumento de produtividade da engenharia e
redução de despesas de capital/custos do ciclo
de vida da planta. A reutilização dos mesmos
modelos no ambiente operacional da planta
pode proporcionar ainda mais benefícios.
Os modelos de processo adequados para
uso em operações na planta abrangem desde
a simulação de estado estacionário off-line
até a eliminação de gargalos da análise e a
otimização de performance de processos em
tempo real em malha fechada. A tabela 1
destaca os diferentes níveis de benefícios e o
trabalho e o tempo de implantação. A figura
2 mostra o workflow típico da transposição
de modelos de desenho para operações.
43
ferramentas
Fazendo a Transição
Os modelos de processo off-line representam o primeiro passo para a reutilização
de modelos de desenho de uma forma mais
automatizada ou conveniente. Pelo fato de
serem usados em uma unidade operacional
ou planta individual, têm topologia fixa e
uma gama de condições de operação bem
compreendida. Os modelos são utilizados
para cálculos específicos, tais como:
•orientar sobre parâmetros (set-points)
operacionais para itens de equipamento
individuais;
•atingir um balanço de massas reconciliadas na planta;
•determinar as propriedades do produto;
•analisar o uso de energia;
•comparar performance do desenho
versus real;
•responder a mudanças nas condições
de mercado;
•atender às especificações do produto; e
•manter e aprimorar o conhecimento
de processo.
Mesmo que possam conectar-se com
sistemas de dados em tempo real, os modelos
off-line não são totalmente automatizados.
As execuções normalmente são iniciadas
por uma pessoa.
Em geral, os modelos produzidos durante a fase de desenho requerem trabalho
adicional para serem usados como modelos
de processo off-line. Afinal, no âmbito do
desenho, a simulação é criada e executada
por um engenheiro experiente, que entende
as restrições do modelo e faixa de condições
válidas. Se houver dificuldades, como falha
de convergência, o engenheiro de projeto
está apto a superá-las.
Para uso em operações, o modelo tem
que ser ajustado às condições da planta e
aos cálculos específicos que estão sendo
executados. Por exemplo, a configuração
da planta pode mudar de um dia para o
outro, com diferentes grades de produtos
sendo produzidas e unidades individuais
ou controladoras sendo ligadas/desligadas.
Os modelos de processos off-line precisam
levar em conta estas especificidades.
Além do mais, considerando-se que as
simulações somente são válidas dentro de
uma faixa limitada de condições operacionais,
esta faixa deve ser rigorosamente entendida e
imposta. Os modelos terão que ser robustos
de modo a sempre convergir dentro de faixas
operacionais válidas. As inserções em mode-
44
Uso de Modelos em Operações na Planta
Tipo de Modelo
Usado para
Simulações de
Diagnosticar e resolver proprocessos tradicionais blemas, eliminar gargalos,
reformular processos.
Modelos de processos Suportar decisões operaoff-line
cionais, orientar operações,
reconciliar balanço de
massas na planta, calcular
propriedades de produto,
treinar equipe de processo
Modelos em tempo real Calcular e orientar sobre
em malha aberta
condições operacionais
ideais da planta para
maximizar o desempenho
financeiro
Modelos em tempo real O mesmo que para malha
em malha fechada
aberta
Descrição
Usadas por engenheiros na planta “conforme a
necessidade” para suportar operações na planta
Usados todo dia, toda semana ou sempre que for
preciso. Normalmente, têm interface de usuário
personalizada em Excel ou Visual Basic.
Podem referenciar a alguns dados em tempo real.
Iniciados por uma pessoa.
Normalmente, usados em cada turno, todo dia
Execução automática de modelos
Uma pessoa aceita ou rejeita qualquer orientação
operacional
Interfaceiam diretamente com o sistema de controle
da planta e ajustam o processo automaticamente
T1. Modelos em tempo real são mais capazes, porém torná-los robustos envolve mais trabalho.
los (tanto manuais quanto provenientes de
sistemas de dados em tempo real) também
devem ser mantidas dentro dessas faixas. Por
isso, em geral, os modelos são executados
através de uma interface personalizada mais
simples, como a baseada no Excel, em vez da
interface de usuário normal de “engenharia”.
O box “Principais Considerações” traz
outras dicas práticas para migrar modelos
do desenho às operações.
Próximos Passos
Caso um modelo de processo off-line
venha a ser usado regularmente em operações, pode ser apropriado convertê-lo
em um modelo em tempo real em malha
aberta. A execução do modelo, então, pode
ser automatizada para ocorrer, digamos, uma
vez por turno, a cada N minutos ou quando
acionada por um evento de processo. Tais
modelos de malha aberta também podem
gravar resultados de volta nos sistemas de
dados em tempo real da planta. Os resultados
do modelo, entretanto, são sempre avaliados
por uma pessoa, que aceitará ou rejeitará
quaisquer conselhos ou dados.
Fazer com que estes modelos automatizados sejam ainda mais robustos, leiam
mais dados em tempo real da planta e
reconciliem dados da planta (por exemplo,
fluxos de massa medidos dentro e fora de
uma unidade que não fazem balanço) exige
trabalho adicional.
O nível final de modelagem em operações emprega modelos em tempo real
em malha fechada, com seus resultados
implementados de forma automatizada
para otimizar os processos. Estes sistemas
requerem esforço extra para se tornarem
totalmente robustos e seguros, mas prometem
benefícios ainda maiores, sobretudo onde os
processos precisam responder a variabilidade
previsível (por exemplo, em características
de matéria-prima).
As empresas químicas já estão usufruindo
benefícios significativos em operações na
planta com cada uma dessas abordagens[6].
A experiência relatada pela INEOS é muito
instrutiva. A empresa utilizou uma abordagem
de modelagem para otimizar o monitoramento
e a limpeza do trocador de calor em suas unidades de destilação a vácuo, economizando
mais de US$3 milhões por unidade ao ano[7].
Futuros Rumos
Os desafios mais expressivos da engenharia integrada estão em duas frentes:
•colaboração entre disciplinas; e
•migração de rigorosos modelos analíticos para o ambiente operacional.
O trabalho envolvido em criar modelos
específicos para plantas e específicos para
disciplinas, aliado à necessidade de ocultar
a complexidade destes modelos das pessoas
que executam funções específicas, trouxe
inovações para as ferramentas de modelagem.
Veja alguns destes desenvolvimentos-chave:
Sistemas modularizados
Os sistemas de modelagem de processos
podem ser redesenhados para reutilização
de forma modular durante todo o ciclo de
vida de um ativo. Um exemplo é o banco de
dados de propriedades físicas. A AspenTech
agora oferece isso como um recurso reutilizável, um “componente padronizado” para
uma série de diferentes aplicações baseadas
em modelo. Isso garante flexibilidade e
consistência máximas, independentemente
da ferramenta de modelagem escolhida.
ferramentas
Os modelos de operações da unidade
são outro exemplo. É possível modularizá-los para que sejam utilizados por sistemas
que abrangem desde simulação, engenharia
básica, otimização e avaliação econômica
até controle avançado de processo.
Console do usuário e simplicidade
Novos conceitos incorporam o workflow diretamente na interface do usuário,
apresentando os modelos e as ferramentas
analíticas adequadas para os usuários de
acordo com sua função, a fase do projeto e
sua posição no workflow.
Modelos em engenharia
Os modelos podem ser invocados de
downstream no processo de desenho, incluindo desenho básico, partida e controle (sem
loop de volta para o grupo de modelagem).
A modelagem pode ser realizada na planta
sem intervenção da engenharia de desenho.
“Backbone” comum de dados de
engenharia
Um banco de dados do ciclo de vida
incorpora modelos de operações da unidade, dados de processos, equipamento e
instrumentação e informações de controle
para facilitar a otimização do ciclo de vida.
Usufrua Benefícios Reais
Os modelos de engenharia de processos
criados durante o desenho conceitual são
cada vez mais aplicados downstream no
processo de desenho e nas operações, graças aos avanços que tornam esses modelos
analíticos utilizáveis por outras disciplinas
e pela equipe de funcionários da planta. O
resultado é uma economia mensurável de
dinheiro, energia, tempo e pessoal.
O futuro trabalho dos inovadores de
software conduzirá à modularização dos
modelos de operações da unidade e maior
facilidade de uso e integração de processos
de trabalho. Modelos rigorosos estão destinados a se tornarem ferramentas ainda
mais valiosas e mais amplamente utilizadas
na operação e na otimização de instalações
de processos.
MA
ROB HOCKLEY é consultor sênior da Aspen
Technology, Inc. em Warrington, Reino Unido.
[email protected]
RON BECK é gerente de marketing da Aspen
Technologies em Burlington, Massachusetts
[email protected]
F2. Os novos usos de modelos de desenho em operações requerem um workflow modificado.
Principais Considerações
Ao migrar os modelos de desenho
para operações, preste especial
atenção aos seguintes aspectos:
•Número de componentes químicos. Os modelos de desenho
talvez contenham mais do que um
modelo de processo necessita.
Um número menor de componentes irá acelerar as simulações.
•A topologia do modelo está atualizada? A planta mudou desde
que o modelo de desenho foi
desenvolvido?
•Quais são as faixas válidas para
o modelo de processo? Em que
taxa de rendimento (throughput)?
•O modelo precisa dar conta de
diferentes grades de produtos? Se
assim for, talvez você necessite de
modelos alternativos.
•É preciso levar em conta mudanças na atividade catalítica?
•Quais inputs em modelos podem
ser corrigidos, quais serão feitos
manualmente e quais virão de
sistemas de dados em tempo real?
Alguns modelos de equipamento
podem requerer uma mudança
de desenho para “classificação”
(“rating”). Em desenho, por exemplo, o trocador de calor é especificado por condições de saída sem
fluxo de utilidades incluído. Em
classificação, ambos os lados do
trocador de calor são incluídos e
simulados com área e coeficiente
de transferência de calor:
•As eficiências da coluna de destilação talvez tenham que ser combinadas com dados da planta ou
modelos de estágios de equilíbrio
convertidos para modelos baseados em transferência de massa.
•A planta ainda pode operar com
algum equipamento desligado?
Em caso afirmativo, o modelo
terá que dar conta disso.
•Quais são os principais resultados que o modelo deve calcular?
•Quais itens de equipamento
podem ser excluídos do modelo
de desenho? Quais deles não são
necessários para os cálculos on-line específicos?
•Algum item de equipamento adicional tem que ser incluído? Por
exemplo, às vezes dutos longos,
válvulas e bombas ficam fora dos
modelos de desenho.
•Até que ponto o modelo de
desenho é robusto? Ele é capaz
de lidar com as diferentes válvulas de entrada existentes no
modelo da planta?
45
automação
Acionamento
de Máquinas
em Corrente
Contínua
Neste artigo trataremos das principais arquiteturas dos
conversores CC, bem como dos quadrantes de operação
e das equações fundamentais.
Alexandre Capelli
A
saiba mais
Medição Contínua de Densidade
e Concentração em Processos
Industriais
Gestão da Inovação na Automação
Industrial
Sensores na Automação Industrial
46
credito que a primeira dúvida dos leitores,
familiarizados com a eletrônica da Automação Industrial, ao se depararem com o
título desta matéria será “Acionamentos de
Máquinas CC! Eles já não estão obsoletos?”
De fato, a partir do início da década de
1990 o uso de acionamentos em corrente
contínua (também chamados de conversores
de corrente contínua) vem caindo vertiginosamente. Hoje, com o desenvolvimento
dos inversores de frequência em corrente
alternada do tipo vetorial, podemos dizer
que a aplicação da corrente contínua está
restrita a casos muito particulares.
“Então, por quê fazer um artigo sobre
esse assunto?”talvez seja a segunda dúvida.
Embora ultrapassado, o conversor CC pode
ser facilmente construído. Além disso, o custo
para projetar e montar um dispositivo deste
é bastante atrativo. Essa característica faz
com que a tecnologia em corrente contínua
seja uma solução prática, simples, e (desconsiderando o custo do motor CC) barata.
Por outro lado, os atributos acima não
podem ser considerados pontos fortes dos
inversores de frequência vetoriais. Não é
raro encontrarmos equipamentos que funcionam com esta filosofia equipados com
componentes de processamento complexos,
tais como DSPs e microprocessadores de
32 bits.
O próprio software de controle vetorial
é bastante “elaborado”, e possui funções
matemáticas sofisticadas, o que exige uma
alta velocidade de processamento, tanto em
malha aberta como fechada.
Se um inversor escalar não corresponder
às suas necessidades, e um vetorial seria um
“preciosismo caro”, um pequeno conversor
CC talvez seja uma alternativa.
Princípios Fundamentais das
Máquinas de Corrente Contínua
A figura 1 mostra um diagrama representativo de um motor CC.
Podemos resumir seu funcionamento
através de duas equações fundamentais,
sendo uma relativa à força contraeletromatriz
da armadura (rotor), e a outra do torque.
Sendo assim, temos:
Onde:
Eg = força contraeletromotriz da armadura
K = constante determinada por características construtivas do motor
Ø = fluxo magnético do entreferro
(espaço entre o estator e rotor)
automação
ω = velocidade angular da máquina
I = corrente da armadura
T = torque
Através das equações acima, podemos
concluir que a velocidade de rotação é inversamente proporcional ao fluxo magnético:
porém, é diretamente proporcional à
tensão de armadura. Isto significa que, para
controlar a velocidade de rotação de um
motor CC, basicamente, podemos atuar em
duas variáveis: tensão da armadura (ddp nas
escovas do motor), e corrente da bobina por
excitação do campo magnético (estator).
Quanto maior Eg, maior será ω, e
quanto maior a corrente de magnetização,
menor ω, uma vez que o fluxo magnético
no entreferro diminui.
A melhor alternativa para controle, entretanto, é manter o fluxo constante, e o maior
possível, uma vez que sua diminuição acarreta
um decréscimo de torque (T = K . Ø . i).
A figura 2 ilustra uma curva de controle
pela armadura e pelo campo.
O controle da velocidade pelo fluxo de
entreferro é utilizado em acionamentos independentes, mas quando se quer velocidade
acima da velocidade nominal da máquina.
Tipicamente, opera-se com campo pleno (para
maximizar o torque) e, ao ser atingida a velocidade nominal, inicia-se o enfraquecimento
do campo (para se ter maior velocidade), às
custas, é claro, de uma redução de torque.
Quadrantes de Operação
Considerando o fluxo magnético constante, basicamente, pode-se dizer que “o
torque está para a corrente de armadura (Ia),
assim como a velocidade para a tensão (Eg).”
Conforme podemos observar na figura 3,
há quatro modos possíveis de um conversor
CC atuar. Na verdade, esses “modos” são
chamados de quadrantes.
a) Quadrante I
No quadrante I temos torque e velocidade
positivos, o que significa que a máquina
está se comportando como motor e girando
em um sentido concordante como uma
referência (figura 4).
b) Quadrante III
Analogamente à operação em I, no quadrante III tanto o torque como a velocidade
são negativos. Isso quer dizer que o sistema
F1. Circuito elétrico da máquina de corrente contínua.
F2. Controle pela armadura e pelo campo.
continua funcionando como motor, porém,
houve uma inversão no sentido da rotação.
Este, agora, passa a girar ao contrário da
referência. Figura 5.
c) Quadrante II
O quadrante II é a operação de frenagem da situação anterior, ou seja,estando
a máquina no quadrante III, esta passa a
frear. Dessa forma teremos uma velocidade
negativa (sentido contrário ao da referência),
porém com torque positivo. Figura 6.
d) Quadrante IV
Na situação em II o motor tenderá a parar
e inverter o sentido de rotação. Agora, em
concordância com o sentido de referência.
Supondo que a velocidade já esteja positiva,
se aplicarmos um torque negativo, novamente,
estaremos realizando uma frenagem. Este
é o último quadrante, onde a velocidade é
positiva, porém, o torque é negativo (figura
7). Resumindo, temos a tabela 1.
Os conversores são classificados em
categorias quanto ao quadrante de operação:
•Classe A: opera somente no I quadrante.
F3. Quadrantes de operação.
•Classe B: opera somente no IV quadrante.
•Classe C: opera no I e IV quadrante.
•Classe D: opera no I e II quadrante.
•Classe E: opera nos quatro quadrantes.
Topologias dos Conversores CC
A maioria dos acionamentos emprega
conversores abaixadores de tensão, isto é,
aqueles nos quais a tensão média aplicada
à carga é menor do que a tensão de alimentação do conversor.
Os conversores elevadores de tensão são
utilizados apenas quando se deseja frear a
máquina, com a recuperação (envio) de
energia para fonte. Esses conversores são
chamados “choppers”, e a operação de enviar
47
automação
a energia gasta na frenagem de volta à rede
é denominada “regeneração”.
Geralmente, o controle dos conversores
CC é feito por PWM, com uma frequência
de chaveamento cujo período seja muito
menor do que a constante de tempo elétrica
da carga. Esta técnica reduz a ondulação na
corrente, e, portanto, o torque.
Conversor Classe A
Na figura 8 temos o diagrama de um conversor capaz de operar somente no quadrante
I. Como a carga é puramente indutiva, o uso
do diodo “free-wheeling” é indispensável.
Podemos notar que a corrente na carga
pode circular apenas em um único sentido,
bem como não há possibilidade de inversão
Quadrante
I
II
III
IV
Torque, velocidade
>0
>0
<0
<0
da polaridade da tensão de armadura, uma
vez que o diodo impede a formação de tensões
negativas aplicadas na saída para a carga.
A corrente de armadura, por sua vez,
pode comportar-se de duas formas: condução
contínua, e descontínua (figura 9).
No modo de condução contínua, a corrente
de armadura não chega a zero dentro de cada
ciclo de chaveamento, o que significa que há
corrente circulando através do diodo durante
todo o tempo e que o transistor está em “off”
(desligado), ou seja, tensão terminal nula.
No modo de condução descontínua, a
corrente chega a zero, fazendo com que o
diodo deixe de conduzir.
Como não há corrente, não temos queda
de tensão sobre Ra e La, de modo que a
Sentido de rotação
Avante
À ré
À ré
Avante
Variação de velocidade
Acelera
Freia
Acelera
Freia
T1. Resumo da atuação do Conversor CC nos quatro quadrantes.
F4. Máquina (motor) funcionando no
quadrante I.
quadrante II.
quadrante III.
quadrante IV.
48
tensão disponível nos terminais de saída é
a própria tensão de armadura (Eg).
O valor médio da tensão terminal em
condução contínua é:
Já o valor médio em condução descontínua é:
Onde: δ = ciclo de trabalho.
Conversor Classe B
Conforme já dito anteriormente, o conversor Classe B opera somente no IV quadrante,
ou seja: frenagem avante. Nesta situação, a
velocidade mantém seu sentido (assim como
Eg), porém, o torque (Ia) se inverte. Através
da figura 10 podemos notar que o diodo e o
transistor trocaram de posição, havendo uma
inversão da corrente de armadura e da fonte.
Para que seja possível à corrente retornar
para a fonte (regeneração), é necessário que a
tensão média no terminal de saída tenha um
valor maior do que a tensão da fonte (Eg > E).
Isso ocorre, por exemplo, quando controlamos a velocidade através do enfraquecimento do campo. Ao frear o motor, eleva-se
a corrente de campo, aumentando Eg, e
possibilitando a transferência de energia da
máquina para a fonte.
Neste caso também podemos ter a operação em modo contínuo ou descontínuo
(figura 11).
Durante a condução do transistor, há
um acúmulo de energia na “indutância” da
armadura. Assim que este componente é
desligado, a continuidade da corrente por La
leva à condução do diodo. Essa técnica faz
com que a energia acumulada na indutância
seja entregue à fonte. Quanto maior o ciclo
de trabalho, tanto maior será a corrente.
O valor médio da tensão terminal em
modo contínuo é:
F8. Conversor Classe A.
automação
Já o valor médio da tensão em modo
descontínuo é:
Conversor Classe C
Este tipo de conversor pode operar nos
quadrantes I e IV, ou seja, podemos acelerar
ou frear a máquina, porém, sem alterar seu
sentido de rotação (figura 12).
Os componentes T3, D3, e Rd formam
o circuito de frenagem dinâmica.
No primeiro quadrante T1 está em condução; T2 e T3 estão em corte. A corrente,
portanto, circula por T1, D3 e D2 (intervalo
de circulação).
No IV quadrante T1 está desligado,
enquanto T2 e T3 estão ligados. O intervalo
de circulação ocorre através de D1 e T3.
Para realizar a frenagem dinâmica
(também conhecida como dissipativa) basta
estabelecer a seguinte condição:
T1 = desligado;
T2 = ligado;
T3 = quando comandado, desliga, e a
corrente contínua circula por Rd, onde há
dissipação de energia.
Conversor Classe D
Essa topologia não permite frenagem,
porém, é ideal para aplicações onde há necessidade de uma rápida extinção da corrente
após o período de alimentação.
O acionamento de motor de passo é um
clássico exemplo de utilização do conversor
classe D. Através da figura 13, podemos
notar que, uma vez T1 e T4 acionados simultaneamente, teremos uma tensão positiva
nos terminais do motor. Entretanto, ao
desligarmos os transistores, teremos uma
rápida inversão de polaridade, “gerada” pela
condução dos diodos D2 e D3.
Essa inversão não tem energia suficiente
para causar uma frenagem, mas ela apressa a
extinção da corrente através de uma tensão
negativa.
A figura 14 exibe os modos contínuo
e descontínuo de operação.
O ciclo de trabalho neste conversor é
crítico e, geralmente, é superior a 50%.
A tensão média em modo contínuo pode
ser expressa por:
F9. Formas de onda do conversor Classe A.
Podemos entender melhor o ciclo de
trabalho crítico do conversor classe D para
diferentes relações entre a constante de
tempo elétrica e o período de chaveamento,
observando a figura 15.
A figura 16 nos mostra a curva característica desse conversor para diferentes tensões
de armadura, supondo a queda de tensão
nas bobinas desprezível, isto é, o valor de
tensão terminal sendo igual à tensão Eg.
Conversor Classe E
Este conversor é o mais versátil em termos
de operação. Ele pode operar nos quatro
quadrantes (sentido horário, anti-horário,
acelerando ou freando).
Conforme podemos observar na figura
17, temos quatro transistores. Há três filosofias de controle para o conversor classe E:
comando simultâneo, comando separado,
e deslocamento de fase.
O comando simultâneo é o mais simples
de ser implementado, e, por essa razão, o
mais comum. Neste caso, o comando é feito
simultaneamente a dois pares de transistores
T1/T4, ou T2/T3.
Quando o acionamento trabalha nos
quadrantes I e II, temos: T1/T4 ligados, e
T2/T3 desligados.
As equações e curvas características são
as mesmas do conversor classe D.
Uma outra possibilidade é executarmos o
comando separadamente. Embora com um
circuito de controle mais complexo, podemos
alterar o comportamento e a forma de onda da
F10. Conversor Classe B.
Já o modo descontínuo tem:
F11. Formas de onda do conversor Classe B.
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automação
F12. Conversor Classe C.
F14. Formas de onda do conversor Classe D.
F13. Conversor Classe D.
saída de modo que o conversor possa operar
como qualquer um das classes anteriores.
A filosofia de deslocamento de fase,
por sua vez, limita o campo de atuação do
dispositivo, porém, pode ser realizada através
de uma lógica bem simples.
Os transistores também são acionados
aos pares (T1/T4 e T2/T3), agora, entretanto,
de forma complementar. Quando se desliga
um par, liga-se o outro. Isso garante a não
descontinuidade de corrente. A desvantagem é que, mesmo com o motor parado,
os transistores estão sendo acionados com
ciclo de trabalho de 50%.
F15. Ciclo de trabalho crítico para o conversor Classe D.
Conclusão
Os conversores CC para motores de
corrente contínua podem representar uma
solução econômica para processos da automação industrial, principalmente os da
manufatura.
Caso o desenvolvedor utilize estes recursos
juntamente com microcontroladores, por
exemplo, todo um sistema de controle de
movimento pode ser implementado facilmente.
O software deverá ser bem simples, uma
vez que a arquitetura mais complexa possui
apenas quatro variáveis de comando. Além disso,
bastam alguns optoacopladores para fazermos
uma interface entre comando e potência.
Bem, a partir de agora depende da
criatividade de cada um.
MA
50
F16. Curva característica estática do conversor Classe D.
F17. Conversor Classe E.

Mecatrônica Atual

Transcrição

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