Tendências em Automação

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1 Tendências em Automação Ana Cristina Rodrigues Gerente Produto SIMATIC HMI (11) , André Petroff Gerente Produto SIMATIC S7 (11) ,

2 Arquiteturas PLC/SCADA e DCS Característica PLC DCS Surgimento 1960 s 1975 Substituição de Relés Eletromecânicos Controladores Pneumáticos & Single Loop Produtos Manufaturados Things Stuff Aplicação Clássica Automotiva Refinaria Tipo de Controle Discreto Regulatório Linguagem Típica de Configuração Lógica Ladder Blocos de Função Tempo de Execução das Lógicas 20 ms ou menos 100 ms 1 sec Tamanho Compacto Grande

3 Arquiteturas otimizadas para cada segmento DCS PLC / SCADA Power Refinery Water Chemicals Oil & Gas Pulp & Paper Metal / Mining Pharmaceuticals Glass Food & Beverage Automotive Electronics Indústria Processo Indústrias Híbridas Indústrias Manufatura

4 Convergência entre DCS e PLC/SCADA DCS PLC Mas o quê convergência significa realmente?

5 Sistemas Híbridos Principais características de um sistema híbrido: Arquitetura aberta e modular Configuração Cliente/Servidor em Ethernet TCP/IP a fim de garantir a performance do sistema Rede de Dispositivos padrão de mercado (ASI e Profibus DP) Rede de Instrumentação padrão de mercado (Profibus PA) Controladores: tempos de execução de algoritmos de controle na ordem de 100ms, forte integração entre controladores e sistema de operação, sistema de E/S distribuído, configurados na mesma estação de engenharia que configura as estações de operação Rede de Controle: padrões de redes abertas para comunicação rápida e determinismo entre controladores; tendência para Ethernet Industrial Servidor de Dados: função de leitura dos dados do controlador e disponibilizá-los para as estações clientes Servidor de Aplicação: para alta disponibilidade, atua como servidor de aplicação provendo telas, alarmes, tendências, relatórios, etc para as estações clientes, e servidor de dados históricos

6 Sistemas Híbridos Características de sistemas híbridos (cont.)*: Estação de Engenharia: reúne todas as funcionalidades de engenharia dos softwares dos controladores e das estações de visualização Redundância: redundância de servidores, controladores e rede de controle Facilidade de Diagnóstico de Manutenção: diagnóstico avançado hierárquico dos dispositivos de automação Base de Dados Única: integra em uma única base de dados a ferramenta de configuração do controlador e do sistema de visualização Utilização de Bibliotecas e Orientação a Objetos: filosofia da norma IEC para modularização e reutilização de aplicativo de controle e visualização Programação do Controlador usando as linguagens da Norma IEC : Lista de Instruções (STL), Diagrama Ladder (LAD), Diagrama de Blocos Funcionais (FBD), Texto Estruturado (SCL) e Seqüenciamento Gráfico de Funções (SFC/S7-GRAPH)

7 Sistemas Híbridos Características de sistemas híbridos (cont.)*: Algoritmos Especiais e de Controle Avançado Integração entre Aplicativos: integração total das aplicações existentes no sistema que passam a ser componente de um multi-projeto que contém todos os aspectos de uma base de dados única (controle, visualização, redes de controladores, de comunicação, instrumentação e de dispositivos) Tanto arquitetura PLC/SCADA (S7/WinCC) como DCS (PCS 7) da Siemens atendem à todas as características de sistemas híbridos. * Ref: Artigo técnico Sistemas de Controle Híbrido, Revista Intech n.62

8 PAC versus PLC Conceito ARC de controladores: PLC: Programmable Logic Controller Programação baseada em linguagem não estruturada (ex: Ladder) Rede proprietária Duplicacao de base de dados para interface com outros sistemas PAC: Programmable Automation Controller Controlador multi-funcional Software de engenharia multi-disciplinar Processamento distribuído Arquitetura aberta e modular Padrões abertos: TCP/IP, OPC, XML, SQL, Visual Studio, etc

9 PAC versus PLC Controlador multi-funcional

10 PAC versus PLC Software de engenharia multi-disciplinar --> TIA

11 Conceitos de TI no Chão de Fábrica Ethernet no chão de fábrica Automação baseada em componentes Tecnologia web Tecnologia sem fio Controle Baseado em PC

12 Ethernet no Chão de Fábrica Meio físico amplamente utilizado Padrão aberto Trazer o uso do TCP/IP no chão de fábrica Permite obter respostas determinísticas em tempo real Confiabilidade das redes determinísticas combinada à flexibilidade do Ethernet

13 Ethernet no Chão de Fábrica Topologia convencional de automação PG/PC HMI PLC Industrial Ethernet PLC Field device Field device Field device

14 Ethernet no Chão de Fábrica PROFINET: barramento único para todas as tarefas! PG/PC HMI PLC Industrial Ethernet Motion Control Field device Drive Field device

15 Ethernet no Chão de Fábrica Ethernet rápida com tecnologia de roteamento Ciclo de comunicação determinístico Zonas reservadas para tempo real e TCP/IP Sincronismo de tempo entre roteadores Pista rápida IRT Reservado para IRT IRT RT RT TCP/IP RT TCP/IP RT RT TCP/IP RT RT TCP/IP RT TCP/IP Pista normal PROFINET com IRT ( Isochronous Real-time )

16 Automação Baseada em Componentes Profinet CBA: Component Based Automation -Troca de dados entre PLCs de diferentes fabricantes Coordenador da planta ON BOOL BOOL STARTING START BOOL BOOL READY -Configuracão ao invés de programação STOP BOOL BOOL RUNNING BOLD HELD UI1 Lifestate Máquina 1 Máquina 2 Máquina 3 Máquina 4 ON STARTING ON STARTING ON STARTING ON STARTING START STOP READY RUNNING HELD START STOP READY RUNNING HELD START STOP READY RUNNING HELD START STOP READY RUNNING HELD Lifestate Lifestate Lifestate Lifestate

17 Automação Baseada em Componentes Processamentodistribuído com componentesde diferentes OEMs Componentes de diferentes OEMs PROFINET Proxy PROFIBUS PROFIBUS SIMATIC imap Siemens Rockwell Qualquer PLC Conveyor Buffer Wrapper PROFINET: Aplicações Inovadoras

18 Tecnologia web Uso de ferramenta padrão web (Internet Explorer) para acessar o dispositivo Facilidade de diagnóstico em campo Comissionamento e manutenção mais rápidos

19 Tecnologia web: dispositivos de campo com servidor web integrado PG/PC HMI PLC Motion Control Field device Drive Web/TCP/IP Field device

20 Tecnologia web: dispositivos de campo com servidor web integrado

21 Tecnologia web: terminal server e thin clients Tecnologia -Terminal de acesso com hardware reduzido -Comunica-se em rede -Conexão a um servidor SIMATIC THIN CLIENT -Definição Processador: de thin Samsung client (200 segundo MHz o ARM) -Sem aplicativo local -Aparência Within the de electronic um SIMATIC data processing, Multi Panel thin client (as relating -Sem to client-server disco rígido, architectures) sem ventilador denotes an application or computer performing as an end device (terminal) of a network, which is -Interface Ethernet: 10/100 Mbit/s functionally limited to input and output.

22 Tecnologia web: thin clients Características Coordenação entre usuários: um acesso por vez Utiliza a infra-estrutura existente de rede

23 Tecnologia web: thin clients Microsoft Windows Server 2003 WinCC Server WinCC Web Navigator Características Multi-usuário Alterações Centralizadas Gerenciamento de logon

24 Tecnologia sem fio PG/PC HMI PLC IWLAN Motion Control Field device Drive Access- Point Web/TCP/IP Field device

25 Tecnologia sem fio: Remota Wireless IP65/IP67 Remota Wireless IP65/IP67 Remota IP67/65 Wireless Profinet Failsafe Acionamento

26 Tecnologia sem fio: Componentes de rede sem fio SCALANCE W: linha completa de componentes de comunicação para rede Ethernet sem fio

27 Tendências em Automação Tecnologia sem fio: IHM sem Fio Range wireless (cinza) Transponder Zonas de operação (marrom / amarelo) 90 SAFE RNG 8m

28 Tecnologia sem fio: Software de Engenharia Software de dimensionamento SINEMA E

29 Controle baseado em PC Modular Embedded PC-based Robustez Abertura

30 Controle baseado em PC: o melhor dos dois mundos Controle Modular Abertura + PC Padrão SIMATIC S7 S7-mEC RTX IPC Maximum robustness Modularity Scalability Start-up done by automation expert H / F functionality 10 year availability of spare parts Long-term availability Data security Robustness (embedded) Start-up requires PC experience SIMATIC Soft-PLC and HMI options Standard PC OS and interfaces Openness (HW + SW) Latest PC technology The best of both worlds

31 Computadores Industriais SIMATIC Industrial PCs Panel PCs (12, 15, 17 e 19 ), com opção INOX RackPCs Box PCs resistente à vibrações!

32 Gerenciamento de Ativos: Estação de Manutenção SIMATIC Maintenance Station: Oferece uma visão geral do status de toda a planta ao mesmo tempo Suporte para diagnosticar e realizar a manutenção de acordo com o status Permite identificar eletronicamente os componentes de automação da planta Cria um fluxo contínuo de informação da automação da planta para a manutenção Torna o processo de manutenção rastreável Alarme Falha/ Erro Diagnóstico Fluxo de Trabalho Solicitação de Manutenção Manutenção E com o mínimo de esforço: usando funções de sistema e dados de engenharia existentes

33 Gerenciamento de Ativos: Estação de Manutenção Visão geral planta Visão geral dos PLCs 1 PLC 1 Rede Campo Módulos do Escravo Detalhe de cada componente

34 Gerenciamento de Ativos: Estação de Manutenção Indicação de status através de ícones uniformes em todos os níveis de tela Detalhe da informação é exibida em faceplates Bom Status Dispositivo Indicação Manutenção (priorid. baixa) Necessidade Manutenção (prior. média) Alarme para Manutenção (prior. alta) Status Ordem de Trabalho? Trabalho Manutenção Ordem desconhecida/ não solicitada Trabalho Manutenção Ordem solicitada Trabalho Manutenção Ordem em andamento

35 Gerenciamento de Ativos: Estação de Manutenção Status do alarme Status de Solicitação Status da ordem de trabalho Janela de Identificação Status informado pelo Dispositivo Janela especial p/ computadores industriais Janela de Mensagem Informação adicional feita pelo usuário Janela de Manutenção

36 Gerenciamento de Ativos: manutenção preditiva de instrumentos Ethernet / Fast Ethernet PROFIBUS DP PROFIBUS-PA

37 Gerenciamento de Ativos: manutenção preditiva de instrumentos PA Profile Device status PROFIBUS PA Unchecked Communication interrupted Configuration error Fault Process error Maintenance required PROFIBUS ID or device type Tool tip text Communication diagnostics Good Device structure PA device Advance maintenance warning Simulation Communication good Device has no diagnostics

38 Gerenciamento de Energia: WinCC Powerrate WinCC Powerrate para eficiência energética: Transparência no fluxo de energia através da aquisição de dados de consumo Conhecimento preciso e apurado do perfil de consumo através da avaliação de tendência de consumo Aumento da eficiência energética através do gerenciamento de cargas Otimização dos contratos de energia Alocação dos custos de energia de acordo com o centro de custo parametrizado pelo usuário Armazenamento de dados:eletricidade, gás, água, calor, vapor, etc

39 Gerenciamento de Energia: WinCC Powerrate F B Bibliotecas para PLC Faceplates para WinCC Macros do Excel

40 Normas que Auxiliam o Sistema Supervisório Normas que auxiliam a engenharia: ISA S5.1: padronização da nomenclatura de tags Rápida identificação do tag referenciado na tela Facilidade na engenharia Elimina possíveis erros de engenharia EMUA: norma para classificação de alarmes Classificação da relevância dos alarmes Alarme que indica um conjunto de anomalias ao invés de um alarme para cada anomalia

41 Normas que Auxiliam o Sistema Supervisório Normas que auxiliam a engenharia: ISA S101: padronização da interface de operação para evitar erros na sala de controle Erros de percepção: Sinótico parcial da planta sem visão geral da planta: separação de alarmes por área, facilitar navegação Muitos alarmes e alarmes não reconhecidos que dificultam análise de novos alarmes Muitas horas na frente do monitor causam fatiga: usar cores de fundo pastéis, limitar uso de objetos piscantes, usar letras grandes, monitores LCD de 22

42 Normas que Auxiliam o Sistema Supervisório Normas que auxiliam a engenharia: ISA S101: padronização da interface de operação para evitar erros na sala de controle Erros de análise: Operador toma ação inadequada: usar guias operacionais para situações anormais Operador não sabe o que fazer: treinamento de melhores práticas operacionais, ferramenta de análise What-If para explorar novas condições Mensagens de alarme indecifráveis: Problema 54 excute ação pertinente

43 Normas que Auxiliam o Sistema Supervisório Normas que auxiliam a engenharia: ISA S101: padronização da interface de operação para evitar erros na sala de controle Erros de manipulação: Operador pode operar um equipamento pensando estar operando outro: representação gráfica o mais próximo possível do equipamento real Operador pode operar seqüência de forma inconsistente: automatizar a partida e parada de seqüências de equipamentos, automatizar ações para partida e parada de planta

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