Resumo. Abstract. 1. Introdução

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1 DE SENSORES E ATUADORES ATÉ OS SISTEMAS DE GESTÃO EMPRESARIAL UM ESTUDO DOS FLUXOS DE INFORMAÇÃO DE AUTOMAÇÃO E SEUS BENEFÍCIOS Antonio C. S. Mello 1, Elisabeth G. Bernardino 2, Fernando da S. Mota Júnior 3, Rafael P. Oliveira 4. Copyright 2013, Instituto Brasileiro de Petróleo, Gás e Biocombustíveis - IBP Este Trabalho Técnico foi preparado para apresentação na VII Congresso Rio Automação, realizado em maio de 2013, no Rio de Janeiro. Este Trabalho Técnico foi selecionado para apresentação pelo Comitê Técnico do evento, seguindo as informações contidas no trabalho completo submetido pelo(s) autor(es). Os organizadores não irão traduzir ou corrigir os textos recebidos. O material conforme, apresentado, não necessariamente reflete as opiniões do Instituto Brasileiro de Petróleo, Gás e Biocombustíveis, Sócios e Representantes. É de conhecimento e aprovação do(s) autor(es) que este Trabalho Técnico seja publicado nos Anais da VII Congresso Rio Automação. Resumo Os elementos de automação mais próximos dos processos produtivos de uma indústria, tais como sensores e atuadores, muitas vezes possuem informações que podem ser bastante úteis quando ultrapassam as tradicionais fronteiras dos níveis de supervisão e controle. Além das variáveis diretamente relacionadas à monitoração e controle dos processos, existe uma significativa massa de dados que pode ser utilizada para melhorar a produtividade da planta e aumentar a confiabilidade e disponibilidade dos ativos industriais, de forma a permitir um melhor planejamento das operações de produção e manutenção. Este trabalho se propõe a apresentar um estudo baseado em boas práticas e tendências de mercado, focandose em descrever os possíveis fluxos de dados abrangendo desde a Instrumentação, incluindo Sistemas de Gerenciamento de Ativos e Sistemas de Gestão Operacional, chegando até os Sistemas de Gestão de Empresarial. Este estudo também tem como objetivo apresentar as vantagens que essas trocas de informação podem oferecer a empresa como um todo. Abstract The automation elements closest to the industry processes, such as sensors and actuators, often have information that may be useful when transcending the traditional boundaries of supervisory and control level. Besides the variables directly related to processes monitoring and control, there is a significant mass of data that can be used to improve plant productivity and increase the reliability and availability of the industrial assets, allowing better planning of production operations and maintenance. This paper aims to present a study based on best practices and market trends, focusing on describing the possible data flows between Instrumentation, Asset Management Systems, Operations Management Systems, and Business Management Systems. This study also aims to present the advantages that these information exchanges can offer to the company as a whole. 1. Introdução Uma das primeiras atividades que deve ser realizada ao se conceber uma solução de automação cujos requisitos já são conhecidos é desenhar uma arquitetura organizando os vários elementos que a compõe. Esse desenho deve descrever, de maneira resumida, as características funcionais dos sistemas a serem utilizados e os elementos de hardware necessários para atender as demandas de um determinado empreendimento. Deve ainda tratar de detalhes relacionados às redes e padrões de comunicação que promoverão as trocas de informações necessárias entre seus elementos, representar estratégias para atender as necessidades de disponibilidade (redundância) e segurança da informação. Resumidamente, uma arquitetura de automação deve descrever de maneira geral as soluções que serão adotadas para atender as metas e requisitos do cliente e como as mesmas se inter-relacionam. Para compreender os possíveis fluxos de informação entre os diversos elementos que podem integrar uma solução de automação industrial, faz-se necessário entender como o mercado normalmente se refere a esses elementos e quais funções espera-se que sejam desempenhadas por cada um deles. Soluções de automação industrial têm inicio nos próprios processos a serem controlados e/ou monitorados, incluindo a definição dos sensores e atuadores adequados, 1 Especialista, Tecnólogo em Automação Industrial SIX Automação S.A. 2 Tecnóloga em Análise de Sistemas SIX Automação S.A. 3 Tecnólogo em Automação Industrial SIX Automação S.A. 4 Técnico em Automação SIX Automação S.A.

2 controladores programáveis, sistemas de supervisão, sistemas de gestão de operações de manufatura (cujo exemplo mais famoso é o MES) chegando até a integração com sistemas de gestão empresarial (tais como ERP e BI). A parte 1 da norma ANSI/ISA-95 (ISA, 2010) define um modelo hierárquico funcional, representado na Figura 1, que formaliza esta divisão funcional em níveis, assim como trata das possíveis interfaces de comunicação entre eles. Figura 1 - Modelo Hierárquico Funcional (ISA, 2010) Onde: Nível zero - Planta ou processo: Normalmente o processo físico de fabricação ou de produção. Nível um - Sensores e Atuadores: Monitoração e manipulação do processo. Nível dois - Monitoração, Supervisão e Controle dos processos: Dependendo da estratégia adotada o nível dois pode incluir Controladores Programáveis, SDCDs (Sistemas Digitais de Controle Distribuídos), sistemas SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) etc. Nível três - Sistemas de Gestão de Manufatura - Determinam o fluxo de trabalho/controle de receitas para produzir os produtos finais desejados. Nele são realizadas a manutenção de registros e a otimização dos processos de produção. Alguns exemplos de sistemas deste nível são o MES (Manufacturing Execution System), PIMS (Process Information Management System), LIMS (Laboratory Information Management System) e PAM (Plant Asset Management System). Nível quatro: Sistemas de Planejamento e Logística de Negócios Estabelecem o cronograma básico de produção da planta, utilização, entrega e transporte de materiais. Nele também são determinados os níveis de estoque. Como exemplo de sistema de nível quatro podemos citar o ERP (Enterprise Resource Planning). Um exemplo didático de uma arquitetura de automação estruturada de acordo com o modelo hierárquico funcional, com algumas soluções típicas de mercado representando as funcionalidades dos diversos níveis, pode ser visto na Figura 2. Este trabalho irá discorrer sobre a importância do fluxo de informações entre estes diversos níveis, tomando como foco as informações obtidas a partir dos elementos que estabelecem interface direta com o processo (neste trabalho a instrumentação, posicionada no nível um) ultrapassando os tradicionais níveis de controle e supervisão (nível dois). Além de monitorar ou interferir em um processo, dados da instrumentação inteligente podem ser utilizados para melhorar diversas outras operações industriais, tais como as operações de manutenção e de planejamento da produção (nível três), além de fornecer dados relevantes para as interfaces entre o nível três e os sistemas de gestão de negócios (nível quatro). 2

3 Figura 2 Exemplo de arquitetura de automação baseada no modelo hierárquico funcional da ISA Os próximos itens abordarão alguns dos possíveis fluxos de dados iniciados em sensores e atuadores inteligentes, e seus desdobramentos envolvendo os diversos níveis do modelo hierárquico funcional da ISA. 2. Sensores e Atuadores Na automação e controle de processos, diagnósticos consistentes dos dispositivos de campo podem representar uma notável economia no contexto de operação e manutenção. Além das informações do processo, dispositivos de campo inteligentes disponibilizam informações valiosas sobre o seu estado como alarmes de falha de sensor, temperatura interna alta, mudança de parâmetros, margem restante de desgaste, número de horas de operação, medidas de desempenho e etc. Para um melhor aproveitamento das informações disponibilizadas pelo dispositivo é importante saber manipulálas, fazendo as triagens necessárias, enviando-as para os sistemas e setores corretos. Por exemplo, informações de processo devem ser trocadas com os sistemas de operação e controle e informações de diagnósticos para os sistemas de manutenção e gerenciamento de ativos, podendo ainda ser integradas a outros sistemas como gestão operacional e gestão de negócios. A utilização adequada dos dados de instrumentos, facilitada pelo advento dos barramentos de campo (como por exemplo, o HART, PROFIBUS e FOUNDATION FIELDBUS), pode transformar preciosos bits e bytes em um relacionamento economicamente mais favorável, alem de possibilitar um ganho qualitativo do sistema como um todo Barramentos de Campo As redes (ou barramentos) industriais de campo são responsáveis pela comunicação entre o controle e os instrumentos. Por este motivo é importante conhecer um pouco sobre como elas acessam e enviam essas informações. Como referência, citaremos os principais padrões de comunicação do mercado industrial, que já tem uma ampla aceitação e consolidação de ferramentas, tais como, HART, Profibus e Foundation Fieldbus. Um importante conceito que devemos conhecer é que em redes industriais as informações pertinentes à gestão para manutenção trafegam através de conexões acíclicas ou assíncronas na rede. As informações de controle se valem de conexões cíclicas ou síncronas. Ou seja: dados que demandam respostas rápidas das estratégias de controle se utilizam das conexões cíclicas, de maior prioridade, e os dados de diagnóstico úteis à manutenção se valem das conexões acíclicas, de prioridade mais baixa, uma vez que faz pouca diferença se a informação sobre uma necessidade de manutenção chega em poucos milésimo de segundos ou vários segundos. Cada padrão de rede industrial tem suas particularidades quanto ao tratamento dos dados de diagnóstico. A figura a seguir detalha algumas das informações de diagnóstico do padrão Foundation Fieldbus. 3

4 Tabela 1 - Exemplo de dados de diagnóstico (BLOCK_ERR ) Foundation Fieldbus (National Instruments). Status Other (LSB) Block Configuration Error Link Configuration Error Simulate Active Local Override Device Fault State Set Device Needs Maintenance Soon Input Failure / BAD PV Status Output Failure Memory Failure Lost Static Data Lost NV Data Readback Check Failed Device Needs Maintenance Now Power-up Out-of-Service (MSB) Descrição Condição de erro indefinida O bloco detectou um erro na sua configuração. Isso geralmente indica um parâmetro estático foi deixado não inicializado. A conexão lógica entre esse bloco e outro bloco esta incorreta. Para blocos de funções de I/O isso indica que a simulação está habilitada. Para o bloco de recursos, isso indica que o jumper de simulação foi definido, permitindo que a simulação seja ativada em outros blocos. O bloco está substituído localmente o valor de saída. Isto pode ser o resultado de um intertravamento ou estado de falha. O bloco de comportamento estado de falha está ativo O dispositivo está relatando degradação de desempenho, e em breve necessitará de manutenção. O canal transdutor de entrada relatou uma falha, ou o parâmetro de entrada de um bloco a montante relatou uma falha. Para um bloco AI, isto pode ser causado pela detecção de um circuito aberto no módulo de entrada. O canal transdutor de saída relatou uma falha. Para um bloco AO, isso pode indicar que saída não pôde atender ao pedido atual, talvez devido a um circuito aberto. O armazenamento de parâmetros não voláteis e estáticos foi corrompido. O dispositivo não consegue restaurar os valores dos parâmetros não voláteis após um reinício. O valor lido a partir do canal de saída não corresponde ao valor para o qual o mesmo foi comandado. O dispositivo requer manutenção agora O dispositivo está sendo iniciado O bloco está atualmente fora de serviço. Podemos observar que algumas das informações disponíveis mencionadas nas tabelas anteriores podem ser bastante úteis, tanto para alertar o controle e supervisão da planta que as informações de um instrumento podem não ser atualmente confiáveis, quanto para comunicar uma falha ou iminência de falha para a equipe de manutenção. Observe que o status Device Needs Maintenance Soon alerta sobre um nível de degradação que exige cuidados antes do instrumento se tornar inoperante. De forma similar ao Foundation Fieldbus, os protocolos HART e Profibus também possuem blocos padronizados com informações de diagnósticos prontas para serem utilizadas pelas ferramentas e sistemas adequados. A tabela que segue representa os indicadores de estado de um instrumento HART. Repare que um dos status disponíveis em HART, o Maintenance Required também pode alertar sobre uma necessidade de manutenção antes que o dispositivo não possa mais ser utilizado para fins de controle e medição. Tabela 2 - Indicadores de estado de dispositivos HART (Helson) Status Device Malfunction Device Variable Alert Cold Start Configuration Changed Configuration Descrição Indica que um erro que impede o funcionamento adequado do dispositivo foi detectado. Hosts devem considerar isso como um alarme e abster-se de usar o dispositivo para aplicações de controle de processo. Este bit indica que alguma variável do dispositivo está em estado de alarme ou aviso. Permite a detecção de problemas de qualidade de dados mesmo em variáveis que não estão sendo ativamente monitoradas. Este bit é acionado quando o dispositivo é energizado após ter sido reiniciado. Ele é normalizado automaticamente pelo primeiro comando recebido do host. Este bit é acionado em qualquer momento em que alguma configuração do dispositivo é alterada. Esse bit só pode ser normalizado por um comando do host (mesmo que o dispositivo seja reiniciado, este estado é mantido) É um contador de 16 bits, incrementado a cada mudança de configuração do dispositivo. Este 4

5 Change Counter Maintenance Required More Status Available Non PV Out of Limits PV Out of Limits Loop Current Fixed Loop Current Saturated valor não pode ser zerado, mesmo que o dispositivo seja reiniciado. Este bit indica que, embora o dispositivo não esteja em estado de mau funcionamento, ele requer manutenção. Indica que bits status adicionais estão atualmente acionados e podem ser úteis para o host. Estas informações adicionais podem ser usadas para tornar corrigir medições e adequá-las para o sistema de controle. Este status é acionado quando qualquer variável do dispositivo, além da(s) relacionada(s) na malha atual, atinge o limite superior ou inferior de seu transdutor. Os limites podem ser elétricos (por exemplo, o sensor de um transmissor) ou mecânicos (por exemplo, os limites de curso de um atuador). Quando a variável do dispositivo (entrada ou saída), relacionada à malha atual, atinge os limites superior ou inferior do transdutor. Indica que a malha atual não está respondendo às mudanças do processo. Indica que o host não deve usar o sinal da malha para fins de controle. Dispositivos HART calculam continuamente os valores digitais para as suas variáveis, dentro dos seus limites máximo e mínimo. Quando o valor digital de uma variável ultrapassa seus demasiadamente seus limites, a malha vai saturar. Nesse ponto devemos compreender que existem dois destinos que os dados de instrumentos inteligentes devem tomar. Eles devem fluir entre sistemas de controle e supervisão (nível dois) ou entre sistemas de gestão de manufatura (nível três). Os dados do processo, assim como o mínimo de informações de diagnóstico para atestar a qualidade desses sinais, são trocados com sistemas de nível dois (normalmente controladores programáveis ou acopladores de redes de campo) para atender às necessidades de controle e supervisão. Esses dados podem ainda fluir dos sistemas de nível dois para sistemas de nível três, de modo a contribuir com a Gestão de Operações da Manufatura. Em processos contínuos, por exemplo, e relativamente comum que esses fluxos ocorram com sistemas PIMS, e em processos de batelada ou manufaturas discretas esses fluxos podem ocorrer com sistemas do tipo MES ou sistemas que possuam algumas de suas funções. Informações detalhadas de diagnóstico devem fluir para sistemas específicos, normalmente sistemas de Gerenciamento de Ativos de Instrumentação (em inglês denominados Plant Asset Management ou simplesmente PAM) e/ou sistemas de Gestão de Ativos Empresariais (em inglês Enterprise Asset Management, ou EAM) posicionados respectivamente nos níveis três e quatro do modelo hierárquico da ANSI/ISA-95. Sistemas de nível três, incluindo os exemplos citados nos parágrafos anteriores, serão abordados no próximo item deste trabalho. 3. Gestão de Operações de Manufatura Conforme definido na parte 3 da norma ANSI/ISA-95, as atividades relacionadas à gestão de operações de manufatura visam coordenar pessoas, equipamentos, materiais e energia com o objetivo de transformar peças ou matériasprimas em produtos. Estas atividades, que podem ser realizadas por equipamentos, esforços humanos e sistemas informatizados, abrangem a gestão da programação de atividades, da capacidade atual de um ou mais recursos, das definições de um produto ou procedimento, dos dados históricos e da condição (estado) de todos os recursos envolvidos. Estas atividades subdividem-se em quatro grandes grupos: Gestão de Operações de Produção, de Estoque, de Manutenção e de Qualidade. As mesmas encontram-se representadas dentro da área sombreada circundada pela linha tracejada grossa na Figura 3, assim como as interfaces entre elas e outras atividades normalmente desempenhadas por sistemas do nível quatro. Note que algumas elipses estão totalmente fora da área sombreada, indicando atividades normalmente desempenhadas exclusivamente por sistemas de nível quatro, e outras elipses estão representadas apenas parcialmente dentro da área sombreada, indicando que algumas das atividades que a compõe seriam desempenhadas por sistemas de nível quatro e outras por sistemas de nível três. A parte três da norma ANSI/ISA-95 apresenta modelos de atividades para cada um dos grupos de gestão de operações de manufatura. A Figura 4 representa o modelo comentado de atividades relacionadas à gestão de operações de manutenção, onde podemos verificar mais detalhadamente onde atuam os fluxos de dados referentes a diagnósticos e comandos relativos a operações desta natureza com a instrumentação inteligente. 5

6 Figura 3 - Modelo de Gestão de Operações de Manufatura (ISA, 2005) Figura 4 - Modelo de Atividades de Gestão de Operações de Manutenção (ISA, 2005) Como mencionado anteriormente, parte das atividades de gestão de operações de manutenção pode ser realizada por sistemas de gerenciamento de ativos de instrumentação. Esse tipo de sistema será abordado no próximo item. 4. Sistemas de Gerenciamento de Ativos de Instrumentação Sistemas de gerenciamento de ativos de instrumentação, mais especificamente aqueles capazes de realizar monitoração contínua das condições dos instrumentos a eles interligados (por exemplo, estabelecendo comunicação através das tecnologias HART, PROFIBUS e FIELDBUS FOUNDATION) processam organizam e representam 6

7 graficamente informações para o uso das equipes de manutenção (Hokeness). Algumas das atividades que tipicamente são realizadas por sistemas desse tipo são: Parametrização remota de instrumentos. Apoia as tarefas de manutenção de rotina, incluindo calibrações e solução de problemas. Alertar os responsáveis quando os sinais de desgaste que exigem ações imediatas são detectados, possibilitando manutenção preditiva em equipamentos essenciais, de modo a evitar onerosas paradas não programadas. Automatiza a disponibilização de documentação relacionada às atividades de manutenção. Cria um registro de auditoria, que permite aos usuários monitorar facilmente as mudanças realisadas. 4.1 Comunicações entre Sistemas de Gerenciamento de Ativos de Instrumentação e Instrumentação Inteligente As trocas de dados entre sistemas de gerenciamento de ativos e instrumentos normalmente utilizam ao menos uma das seguintes tecnologias: DTM (Device Type Manager), usado pela tecnologia FDT (Field Device Technology); EDDL (Electronic Device Description Language); Estas tecnologias trabalham com conceitos similares. Nelas todos os diferentes dispositivos conectados a uma ou mais redes devem possuir um arquivo que descreve o funcionamento de cada tipo de dispositivo. Este arquivo, ou driver, tanto pode ser um arquivo de texto como é o caso dos DD (Device Description) na tecnologia EDDL, quanto pode ser uma extensão de programa (DLL) como no caso do DTM na tecnologia FDT (Cassiolato). A tecnologia FDT se propõe a padronizar comunicação e interfaces de configuração entre os dispositivos de campo e sistemas host, onde o FDT fornece um ambiente comum para acessar recursos dos dispositivos. Qualquer dispositivo aderente a essa tecnologia pode ser configurado, operado e mantido pela interface de usuário padrão, Independentemente do fornecedor ou padrão de comunicação (FDT Group). A interface FDT consiste na especificação que descreve a troca de dados padronizada entre dispositivos e sistema de controle ou engenharia ou ferramentas de gerenciamento de ativos. DTMs são classificados em duas categorias: Device DTMs e CommDTMs, onde (FDT Group): Device DTMs o São fornecidos pelo fabricante do dispositivo o Representam a lógica e os parâmetros de um dispositivo o Possuem Interface padronizada para a aplicações FDT o Podem ser usados em qualquer aplicação FDT CommDTMs o Representam os componentes de comunicação, como placas de comunicação de computadores, acopladores, gateways, Remote I / O e Linking Devices. O DTM fornece uma estrutura unificada para acessar os parâmetros do dispositivo, configura-los e diagnosticar problemas. DTMs podem variar desde uma simples interface gráfica para definição dos parâmetros do dispositivo até uma aplicação complexa capaz de executar cálculos em tempo real com a finalidade de realização diagnósticos. O FDT especifica interfaces padronizadas que garantem a conectividade e interoperabilidade entre uma ferramenta de engenharia e os equipamentos de campo, através dos seus DTMs. Desta forma, uma ferramenta de engenharia que implemente as especificações FDT pode integrar equipamentos de qualquer fabricante para o qual se tenha um DTM disponível (Cassiolato). Já a EDDL ou Electronic Device Description Language é uma linguagem baseada em texto cujo objetivo é a descrição de características de comunicação de dispositivos inteligentes, de forma a ser independente de recursos de sistemas operacionais softwares de supervisão. Entre estas características estão variáveis de processo, dados de diagnósticos, detalhes de calibração e configuração. Em termos simples, DD, DDL, EDD, EDDL são termos relacionados. DD é o nome original. DD e EDD se referem ao arquivo em si, enquanto DDL e EDDL referem-se à linguagem usada para escrever o arquivo. 5. Enterprise Asset Management Systems (EAM) Sistemas EAM, posicionados no nível quatro do modelo hierárquico funcional da ANSI/ISA-95, gerenciam e aperfeiçoam as atividades relacionadas à manutenção, tais como a programação destes serviços, fluxo de trabalho, estoque (peças de reposição, ferramentas, consumíveis, etc.), compras (para repor os estoques relativos manutenção) dentre outras. Ou seja, normalmente são sistemas EAM que disparam as ordens de serviço de manutenção, visando garantir que esses serviços serão realizados pelos profissionais com as qualificações adequadas e que as ferramentas e peças necessárias estejam disponíveis no momento e local planejados para a execução dos serviços. Sistemas EAM também tem a função gerir os estoques de materiais envolvidos nas atividades de manutenção, informando ao setor de aquisição sobre as necessidades de reposição. 7

8 Sistemas de gerenciamento de ativos podem ser integrados com um sistema EAM para fornecer alertas sobre falhas de dispositivos e principalmente iminências de falhas, e assim reduzir custos de manutenção e aumentar a disponibilidade do processo. Isso pode ser realizado através de um processo automatizado de geração de ordens de serviço com base na monitoração contínua de condições feita pelos sistemas de gerenciamento de ativos de instrumentação. As vantagens relacionadas à possibilidade de manutenção preditiva são evidentes, entretanto existem outras como a possibilidade de eliminação de erros humanos na entrada de dados que detalham a necessidade de manutenção. Vale lembrar que, embora o foco deste trabalho seja o fluxo de dados oriundos da instrumentação inteligente, existem outros tipos de sistemas de gerenciamento de ativos que podem ser utilizados de maneira bastante vantajosa na integração com sistemas EAM. Um exemplo são os sistemas de gerenciamento de ativos de maquinas rotativas, que normalmente monitoram continuamente variáveis tais como vibração e temperatura de equipamentos, e com base nessas informações conseguem estimar a degradação e consequentemente alertar sobre uma necessidade de manutenção antes da ocorrência de uma falha crítica. 6. Fluxo de Dados Entre a Instrumentação Inteligente e Outros Sistemas As informações dos instrumentos inteligentes seguem ainda outro caminho, conforme mencionado no item 2.1 deste trabalho. Sob a ótica de controle e supervisão os fluxos de dados ocorrem normalmente entre os instrumentos e controladores programáveis (que podem, por exemplo, possuir módulos de entrada e saída habilitados para HART), ou entre instrumentos e hosts que podem, por exemplo, concentrar segmentos Foundation Fieldbus ou Profibus PA. Esses elementos podem inclusive servir como ponte para permitir a comunicação entre os instrumentos e sistemas de gerenciamento de ativos de instrumentação. Os dados dos instrumentos que dizem respeito à monitoração e controle do processo, juntamente com a informação resumida de diagnóstico que ateste a qualidade desses sinais, seguem normalmente para sistemas de supervisão e IHMs (interfaces Humano Máquina), e dependendo da solução de automação adotada podem seguir também para soluções PIMS. PIMS são sistemas posicionados no nível três, que adquirem dados do processo através de diversas fontes distintas, armazenam essas variáveis num banco de dados históricos e os disponibilizam através de diversas formas de representação. PIMS também são frequentemente utilizados para disponibilizar dados do processo para outros sistemas de nível igual ou superior tais como MES ou ERP. Um dos principais benefícios de um PIMs é permitir a compreensão das situações operacionais que se apresentam, e compará-las com situações padrões previamente arquivadas. Uma prática comum é se armazenar todos os dados de preparação da linha (set-up) para associá-los aos resultados obtidos. Se um resultado melhor é obtido, este resultado passa a constituir um benchmarking para aquela instalação e a repetição do resultado passa a ser perseguida (Seixas Filho). 7. Interfaces de Comunicação Entre os Níveis Dois e Três As primeiras interfaces de comunicação entre sistemas de nível dois (tipicamente entre controladores programáveis e sistemas de supervisão) envolvendo computadores com versões do sistema operacional Windows utilizavam drivers de comunicação proprietários (que ainda são usados atualmente, embora em escala bem menor). As tecnologias OLE (Object Linking and Embedding), COM (Component Object Model) e DCOM (Distributed Component Object Model), que começavam a surgir na década de 1990 introduzidas pela Microsoft permitiam às aplicações interoperar e comunicar com módulos distribuídos através de uma rede de computadores. No entanto, até este momento, a comunicação era particular de cada fabricante. Figura 5 Comunicações envolvendo as tecnologias OLE e COM 8

9 Com o objetivo de padronizar as tecnologias OLE, COM e DCOM em aplicações de controle de produção, os principais fabricantes de hardware e software constituíram uma organização, a OPC Foundation, da qual resultou o padrão de comunicação OPC (OLE for Process Control). Este é o nome dado a uma interface padronizada de comunicação, baseada no conceito cliente servidor que foi criada na tentativa de minimizar os problemas relacionados à inconsistência dos drivers de equipamentos industriais de diferentes fabricantes. Comparando a Figura 5 com a Figura 6 podemos observar que não são mais necessários diversos drivers proprietários instalados nos computadores numa arquitetura baseada em OPC, uma vez que um mesmo cliente OPC pode estabelecer comunicação com diversos servidores OPC. Figura 6 Comunicações envolvendo Clientes e Servidores OPC O primeiro padrão de comunicação OPC desenvolvido foi o OPC DA (Data Acess), preparado apenas para prover acesso a dados. Posteriormente surgiram os padrões OPC AE (Alarms and Events), OPC HDA (Historical Data Access) e OPC XD (Data Exchange). Atualmente a OPC Foundation está desenvolvendo o OPC UA (Unified Archtecture), que tem como objetivo integrar as funcionalidades dos diversos padrões OPC. Arquiteturas de automação novas tendem a ter suas trocas de dados baseadas no padrão OPC, ao menos no que tange a interfaces entre sistemas de nível dois e interfaces entre os níveis dois e três. 8. Interfaces de Comunicação Entre os Níveis Três e Quatro Os mundos de TA (tecnologia de automação) e TI (tecnologia de informação) se desenvolveram com suas próprias soluções e terminologias, e por muito tempo se mantiveram trocando pouca ou nenhuma informação automaticamente. Entretanto as necessidades de integração entre esses dois mundos tem se mostrado cada vez mais importante para uma melhor condução dos negócios de uma indústria. No que tange a este trabalho, os sistemas de nível quatro são nativamente do mundo de TI e sistemas dos níveis um e dois nativamente de TA. Sistemas de nível três frequentemente integram as informações dos dois mundos, e frequentemente promovem trocas de informações entre eles. OU seja: Normalmente sistemas de nível três utilizam os padrões de comunicação de ambos. No que tange as interfaces entre os níveis três e quatro, a especificação XML DA foi a primeira tentativa de permitir a interoperabilidade dos sistemas através de troca de informações usando dados em XML. A chave para a interoperabilidade é a arquitetura orientada a serviços, provindos através dos chamados Web Services, que são serviços que transportam dados em XML entre as aplicações podendo também trafegar na internet. Essa tecnologia é provida pela união das tecnologias SOAP (baseada em XML), HTTP e TCP/IP. Os Web Services são como aplicações que existem em um ambiente distribuído como a Internet, capazes de aceitar um pedido/requisição, executar uma ação e retornar uma resposta. Tanto o pedido quanto a resposta usualmente têm a forma de um documento XML e são entregues via Hypertext Transfer Protocol (HTTP). SOAP (Simple Object Access Protocol) é um protocolo projetado para invocar aplicações remotas ou trocas de mensagens, em um ambiente independente de plataforma e linguagem de programação. SOAP é, portanto, um padrão normalmente aceito para se utilizar com Web Services. Desta forma, pretende-se garantir a interoperabilidade e intercomunicação entre diferentes sistemas, através da utilização de uma linguagem (XML) e mecanismo de transporte (HTTP) padrões. WSDL (Web Service Description Language) é um documento em XML que descreve os protocolos que podem ser utilizados para acessar o web service. No WSDL estão definidos: a URL de acesso, o nome do web service, a descrição de cada método e como fazer a solicitação via SOAP, HTTP GET ou HTTP POST. UDDI (Universal Description, Discovery and Integration) é o protocolo desenvolvido para a organização e registro de Web Services. É um esforço da indústria para permitir que os comerciantes conseguissem encontrar Web 9

10 Services de forma rápida, fácil e dinâmica, além de interagir uns com os outros. O UDDI é basicamente um diretório de Web services que oferece às empresas uma maneira fácil de registrar e localizar serviços. Figura 7 Arquitetura de comunicação baseada em Web Services 8. Conclusões No decorrer deste trabalho foram apresentadas vantagens atreladas à utilização dos possíveis fluxos de informação envolvendo os níveis de um a quatro do modelo hierárquico funcional da ANSI/ISA-95, assim como algumas das principais tecnologias utilizadas para promover essa integração. A maioria das soluções mencionadas já é utilizada em grande parte das indústrias, ao menos de forma isolada. A intenção deste trabalho é a de apresentar as vantagens da integração entre essas soluções, usando como exemplo os desdobramentos das comunicações oriundas da instrumentação inteligente. Entretanto é importante ressaltar que essa integração não significa apenas escolher os dispositivos e sistemas mais adequados e as melhores alternativas para promover os fluxos de dados entre eles. Trata-se de uma decisão corporativa, que envolve a conscientização e participação dos vários setores envolvidos na determinação de uma solução que contribua para levar uma empresa aos níveis de excelência operacionais e de gestão desejados. 9. Referências Cassiolato, C. (s.d.). EDDL - Electronic Device Description Language & FDT/DTM Field Device Tool/ Device Type Management & FDI - Field Device Integration. Acesso em 27 de Outubro de 2012, disponível em FDT Group. (s.d.). FDT technology, what is it? Acesso em 11 de Novembro de 2012, disponível em Helson, R. (s.d.). HART Communication: Driving New Product Developments. Acesso em 12 de Outubro de 2012, disponível em 57b9a8a db6bfefff&DB_KEY=V0VCRklMRVM%3D Hokeness, S. (s.d.). Online Asset Management Software Uses Field-based Data to Automate Enterprise Asset Management System. Acesso em 9 de Setembro de 2012, disponível em ISA. (2005). Enterprise-Control System Integration Part 3: Activity Models of Manufacturing Operations Management. ISA. ISA. (2010). Enterprise-Control System Integration Part 1: Models and Terminology. ISA. National Instruments. (s.d.). FOUNDATION FIELDBUS - NI-FBUS Configurator User Manual. Acesso em 19 de Outubro de 2012, disponível em Seixas Filho, C. (s.d.). PIMS -Process Information Management System Uma introdução. Acesso em 27 de Outubro de 2012, disponível em 10

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