Estudo de Caso: COCAMAR

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1 Estudo de Caso: COCAMAR 1 César Cassiolato - Smar Leandro Torres - Smar Paulo Camargo - Siemens Carlos Fernando Siemens José Cândido - COCAMAR

2 COCAMAR 2 COCAMAR: tradicional produtora de óleo comestível de Maringá, com o maior parque industrial do cooperativismo brasileiro. Este estudo de caso é sobre a nova refinaria, onde foi ampliada a sua capacidade de processamento de 200 para 420 toneladas de óleo por dia. Graças a um investimento de R$ 8,2 milhões, uma nova refinaria de óleos vegetais, um sistema de caldeiras multicombustível, uma estação rebaixadora de energia e um grande secador de cereais, foi possível separar a produção de óleo de soja da linha de óleos especiais( canola, milho e girassol ). Startup: Dezembro de Refinaria de óleos vegetais

3 Tecnologia PROFIBUS 3 Projeto com tecnologia PROFIBUS e AS-i. Definição do Projeto: Ação conjunta da área técnica da COCAMAR José Cândido, o Integrador de Sistemas SHW Eng. Renato Castilho e a SIEMENS Eng. Silvio Bortolini. Todo o processo de controle de fabricação foi definido pelo Eng.Sidiney Leal, gerente industrial da Cocamar (Fábrica de óleos). Integração: feita pela SHW especializada na área de Extração e Refino de óleo vegetal. Suporte técnico dos equipamentos de campo e rede PROFIBUS-PA, Eng. César Cassiolato Smar.

4 Investimentos 4 O total de investimento na planta foi de aproximadamente U$ ,00. Com a automação da planta em PROFIBUS, houve uma economia de U$ ,00 em relação ao sistema 4 a 20 ma. O custo do projeto para automação foi de U$ ,00 e valor planejado era U$ ,00. Segundo a COCAMAR: a economia maior foi no tempo de implantação, espaço físico, treinamento e startup.todo o treinamento foi feito durante o startup, quando os técnicos e instrumentistas acompanharam a configuração e instalação do sistema e equipamentos.

5 Por que PROFIBUS? 5 Pela facilidade de encontrar no mercado brasileiro, uma linha mais ampla de fornecedores para este padrão de rede de comunicação. Padrão de comunicação aberto, com vários fornecedores e com interoperabilidade entre os mesmos. Fácil reposição de equipamentos e assistência técnica local. Pela facilidade de implantação, pouco treinamento, economia de espaço físico, redução de hardware e software. E ainda, o PROFIBUS é um protocolo completo atendendo tanto a indústria de manufatura quanto de processos, ou seja, pode-se no mesmo sistema implementar remotas com pontos de I/O discretos/analógicos e fazer uso da instrumentação inteligente no campo.

6 Arquitetura do Sistema 6 O mestre é um CLP (CPU 416-2DP) Siemens, que gerencia três barramentos: No primeiro barramento PROFIBUS-DP(System 1) tem-se as remotas de I/O ET 200 M e os módulos DP/AS-i e DP/AS-i DM. No segundo barramento PROFIBUS-DP (System 2) tem-se os DP/PA Links Siemens para a geração dos segmentos em Profibus-PA. No terceiro barramento PROFIBUS-DP(System 3) tem-se os PCs de Configuração (STEP 7) e Supervisão do sistema (Estações ifix redundantes). As taxas de comunicação dos barramentos em Profibus-DP é de 12MBit/s e dos segmentos em Profibus-PA é de 31,25 Kbits/s. A configuração do CLP, sistema de remotas de I/O ET 200 M e das redes Profibus-DP é realizada pelo software Simatic Manager da Siemens. A configuração e parametrização dos instrumentos de campo em Profibus- PA é realizada através do software Simatic PDM da Siemens.

7 Distâncias Envolvidas 7 A maior distância para um segmento de rede nesta planta é 320 metros, onde se permite o monitoramento de níveis, temperaturas e volumes que são da área A de acondicionamento de óleos degomado e óleos pronto para envase. Existe ainda um segundo segmento com 183 metros na área B, similar a área A. Nesta aplicação todos os segmentos Profibus-DP utilizam o RS-485 como meio físico, não havendo links em fibra óptica. Não houve o uso de redundância de meio físico para as redes Profibus-DP nesta aplicação.

8 Fabricantes e equipamentos 8 Os equipamentos existentes nessa planta são Medidores de Vazão Mássicos, Eletromagnéticos, Orifício Integral, Vortex, Vazão com placa de orifício, Transmissores de Pressão Diferencial, Absoluta e Temperatura, sendo utilizados tanto instrumentação convencional (4-20 ma), quanto instrumentos em Profibus-PA Os fornecedores de equipamentos para a automação dessa planta foram: Conaut krohne Fischer Porter Smar Yokogawa Siemens Metroval Ifm Pepperl+Fuchs Consistec Nivetec, etc. A Integração do sistema PROFIBUS com a instrumentação em 4-20 ma foi feito através das remotas de I/O ET 200 M do PLC Siemens (CPU DP)

9 Acionamento Discreto 9 Em termos de acionamento discreto tem-se motores elétricos WEG, válvulas direcionais e conversores de freqüência Micromaster - SIEMENS. Os motores elétricos são acionados através das remotas ET 200M. O acionamento das válvulas direcionais e os retornos de válvulas ON/OFF são feitos através da rede AS-i, com barramento de I/O digital integrado aos segmentos Profibus-DP via os módulos DP/AS-i Links. Os conversores de freqüência são controlados através de sinais de 4 a 20mA ligados em remotas ET 200 M. A CPU DP controla um total de 744 pontos digitais e 40 pontos analógicos, distribuídos nas remotas de I/O ET 200 M.

10 PROFIBUS PA 10 Nos segmentos Profibus-PA há um total de 155 equipamentos. Todos os instrumentos presentes nas redes Profibus PA, onde foram utilizados equipamentos Smar, foram configurados e comissionados através do software Simatic PDM (Process Device Manager) da Siemens. O maior segmento possui um comprimento de 180 metros. São seis segmentos com DP/PA Link/Couplers: Segmento 1: 27 equipamentos. Segmento 2: 19 equipamentos. Segmento 3: 30 equipamentos. Segmento 4: 29 equipamentos. Segmento 5: 30 equipamentos. Segmento 6: 20 equipamentos.

11 Equipamentos de Campo 11 Os equipamentos de campo são na maioria da Smar. Foram utilizados transmissores de temperatura Smar (TT303), nas áreas de neutralização,lavagem, degomagem, branqueamento e desodorizador. Foram utilizados medidores de vazão mássicos em conjunto com medidores de vazão eletromagnéticos para a dosagem de ácidos e soda. Foram utilizados os transmissores de pressão diferencial Smar (LD303) para o controle de níveis nas áreas de acondicionamento de óleos e vazão de vapor. Foram também utilizados os posicionadores de válvulas Smar (FY303) e transmissores de pressão absoluta Smar (LD303), para medição de vácuo.

12 Arquitetura: Automação abrangente 12 Operation Stations (ifix) Configuração SIMATIC Manager: SIEMENS S7-400 CPU 416-2DP CLP + Profibus-DP PDM PDM SIMATIC PDM: 744 discrete points 40 analog points Profibus-PA PLC PROFIBUS-DP max 12 Mbit/s Fast speed Level 12 Mb/s ET 200 M Remote I/O DP/AS-i link 20 DP/PA Link Rede AS-I PROFIBUS-PA kbit/s Krohne 4-20mA Integration Krohne TT303 On/Off Valves LD303 FY303 Smar WEG Micromaster AS-i P+F devices Low speed Level 31,25 Kb/s

13 Smar 303 Series 13 Uma Família Completa de Instrumentos de Campo

14 Smar 303 Series 14 Profile V3.0: última revisão. Blocos Funcionais. Ajuste local configurável. Software upgrade via FDI302: A gravação é feita sem a remoção da placa digital ou display. Alguns parâmetros são gravados, em memória Flash, caso ocorra queda de energia ou desligamento do equipamento. Ex: Saída totalizada e setpoint. Integrável em ferramentas comerciais: Siemens, ALTUS, Schneider, Atos qualquer ferramenta PROFIBUS!! Interoperável com outros fabricantes de equipamentos: E+H, Siemens, Krohne, Bürkert, Hartmann + Braun, Pepperl + Fuchs, Samson... Configurável pelo Simatic PDM Siemens Software Universal EDDL.

15 LD303 Transmissor de Pressão 15 0 ~ 125 Pa a 0 ~ 40 MPa 0 ~ 0.5 inh20 a 0 ~ 5800 psi Sensor Capacitivo, sem conversão A/D 0.075% exatidão na faixa de calibração Permite calibração de URL até URL/40 Partes em contato com fluidos em 316 SS, Hastelloy, Tantalum Blocos funcionais: totalizador para integração de fluxo e massa, e entrada analógica Ajuste Local configurável Auto-Diagnose Totalmente digital Profile V3.0

16 TT303 Transmissor de Temperatura 16 Precisão 0.02% Blocos funcionais: 2 AIs(entrada analógica) Ajuste Local configurável Auto-Diagnose Entrada universal, aceita termopares, RTDs, mv e Ohm Dois Canais de entrada Canal único com 1 sensor Canal duplo com 2 sensores Canal único com 2 sensores, medida diferencial Canal único com 2 sensores, 1 sensor backup Profile V3.0

17 FY303 Posicionador 17 Baixo consumo de ar Sensor de posição sem contato mecânico(hall) Compatível com válvula rotativa ou linear Bloco funcional de saída analógica(ao) Ajuste Local configurável Auto calibração Curvas de caracterização: Quick Open, Equal Percent, Table Auto Diagnose(Travel Limit, Strokes, reversals, temperature, etc..) O FY303 produz uma pressão de saída requerida para posicionar uma válvula de acordo com a entrada recebida da rede PROFIBUS PA Opção com Hall remoto para áreas de difícil acesso, com vibração e alta temperatura Suporte para válvulas com cursos lineares maiores que 100mm e até 1m (cilindros de dumpers, por exemplo) Profile V3.0

18 Simatic 18 Totally Integrated Automation (TIA) Enterprise Resource Planning (ERP) Manufacturing Execution Systems (MES) Ethernet Controle Ethernet PC based Automation Industry Software Controller/ Automation System Process Control System Motion Control System Human- Machine Interface Distributed I/0 Drives Technology Industrial Communication Actuator- Sensor Interface Level

19 PLC S Capaz de controlar até 10 redes Profibus Interface Profibus-DP mestre incorporada Capacidade de até pontos de I/O

20 Sistema de I/O Distribuído ET 200 M 20 Alta diversidade de módulos de I/O digital (entradas em 24 Vdc, 110/220 Vac, saídas em 24 Vdc, 110/220 Vac, saídas a relé) Alta diversidade de módulos de I/O analógico (entradas em 0-10 Vdc, 4-20 ma, RTD, termopares, HART e saídas em 0-10 Vdc e 4-20 ma) Funcionamento como Profibus-DP Slave a 12 Mbit/s Funções de diagnóstico incorporadas nos módulos de I/O Possibilidade de ser configurado para troca à quente e para redundância de rede Profibus-DP

21 DP / PA Link 21 Interliga os segmentos em Profibus-DP (até 12MBit/s com os segmentos em Profibus-PA (31,25 Kbit/s) Capaz de conectar até 31 instrumentos Capaz de gerar até 5 segmentos Profibus-PA Capaz de suportar um consumo de 110 ma (área Ex) ou 400 ma (área não Ex) por segmento Fornece energia e comunicação para os instrumentos Profibus-PA Pode ser configurado para trabalho em redes Profibus redundantes

22 DP / AS-i Link 22 Comporta-se como um Profibus-DP slave (até 12 MBit/s) e como um mestre da rede AS-i Controla até 62 módulos escravos AS-i Diagnóstico frontal dos nós da rede AS-i em atividade Fornece energia e comunicação para os dispositivos de I/O da rede AS-i

23 Simatic Manager 23 Ferramenta para o PLC e as Redes Configuração Gráfica Configuração das redes Profibus Configuração de Hardware do PLC Programação das malhas PID Programação dos intertravamentos Diagnóstico de falhas de rede Diagnóstico de falha dos módulos de I/O (curto-circuto, fio partido, etc) Ajuste via software dos módulos de I/O

24 Simatic PDM 24 Gerenciador de instrumentos Profibus e HART Parametrização remota dos instrumentos Documentação dos ajustes de instrumentos (GMP, FDA,ISO 9000) Diagnose de instrumentos durante a ocorrência de falhas / Diagnose preventiva Calibração e outras funções de configuração de instrumentação Localização dos instrumentos na rede Profibus-PA

25 Fotos do sistema 25 Painel com remotas de I/O ET 200 M

27 Fotos do sistema 27 Painel com PLC S DP e DP/ASi Links

29 Fotos do sistema 29 CCMs Vista Geral

30 Fotos do sistema 30 Estações de Supervisão e Operação

31 Fotos do sistema 31 Painel com DP/AS-i Link + fonte AS-i

32 Fotos do sistema 32 Módulos de I/O digital AS-i no campo

33 Fotos do sistema 33 Painel com módulos de I/O digitais AS-i

34 Fotos do sistema 34 Módulos de I/O AS-i para válvulas on-off

35 Fotos do sistema 35 Instrumento Profibus-PA no campo

36 Fotos do sistema 36 Instrumento Profibus-PA no campo

37 Fotos do sistema 37 Instrumentos Profibus-PA no campo + derivação

38 Fotos do sistema 38 Instrumentos Profibus-PA no campo + derivação

39 Fotos do sistema 39 Instrumentos Profibus-PA no campo

42 Fotos do sistema 42 Válvulas com acionamento e feedback AS-i

43 Fotos do sistema 43 Válvulas com acionamento e feedback AS-i

48 Histórico da SHW com Profibus 48 1.Fábrica de Óleo 2000TPD de Soja COAMO Paranaguá / PR em 1998 (projeto pioneiro na área de Extração de Óleo Vegetal). 2. Fábrica de Ração 30TPH COMIGO Rio Verde / GO em Refinaria Óleo de Soja - COCAMAR Maringá / PR em Refinaria Multi Óleos - COCAMAR Maringá / PR em Hidrogenação 30TPH BUNGE Jaguaré / SP [em fase de start up] em Hidrogenação 15TPH BUNGE Jaguaré / SP [em fase de instalação] em Hidrogenação 15TPH BUNGE Jaguaré / SP [em fase de instalação] em Refinaria 600 TPD COINBRA Ponta Grossa / PR [em fase de instalação] em Refinaria 600 TPD COINBRA Alto Araguaia / GO [em fase de instalação] em 2003

49 Visão da SHW 49 Quais os benefícios e vantagens da rede PROFIBUS-PA para o integrador? Facilidades de: 1. Engenharia 2. Instalação 3. Comissionamento 4. Start up 5. Manutenção 6. Ampliação

50 Visão da SHW 50 Qual o nível de satisfação de seus clientes que atualmente possuem este protocolo, comparando com o sistema convencional? A Satisfação é evidenciada pela adoção da Solução em Profibus como padrão para os novos projetos como por exemplo: COAMO: nas plantas de Margarina, Hidrogenação, nova fábrica de Óleo e em duas Caldeiras. COMIGO: na nova fábrica de Óleo e na Caldeira.

51 Visão da SHW 51 Por que optaram por PROFIBUS-PA e não Fieldbus Foundation? Por ser uma solução consistente para aplicação em área de risco. Pela ampla linha de fornecedores de instrumentos. A quantidade de fabricantes de instrumentação para PROFIBUS-PA é um fator decisivo? Sim, como já citado.

52 Visão do Usuário 52 O sistema é muito bom e estável. É de simples manuseio e requer pouco treinamento. Fácil manutenção e rápida assistência técnica dos fornecedores. Ao se ter algum problema em algum equipamento, a substituição é feita pelo próprio eletricista ou instrumentista que faz o endereçamento e coloca a malha para operar.é considerado pelo pessoal da manutenção, um sistema muito fácil de se trabalhar.

53 Visão do Usuário 53 O startup e configuração dos equipamento de vários fabricantes foram muito rápidos e o mais demorado foi sintonizar as malhas de controle. Quanto às dificuldades foram com os softwares de configuração que até então eram muito pouco conhecidos, mas com todo suporte necessário, conseguiu-se com muito sucesso e em tempo hábil, retomar a produção em doze dias, na primeira planta (a refinaria de óleo de soja) e quinze dias a refinaria de óleos especiais e ainda uma planta de winterização, com capacidade para oitenta toneladas dia. É muito fácil de se trabalhar com o PDM e os equipamentos Smar. É tão grande a satisfação com o sistema que uma nova fábrica de Maionese foi inaugurada em fevereiro de 2003 com a tecnologia PROFIBUS.

54 FIM (016) (011) José Cândido Hugo D. Luz