PLANEJAMENTO DE IMPLANTAÇÃO PARA UM SISTEMA DIGITAL DE AQUISIÇÃO E CONTROLE PARA APLICAÇÃO EM TRATAMENTO DE ÁGUA Selma Capanema de Barros (1) Engenheira Eletricista PUC-MG e especialista em Análise de Sistemas pela UFMG, trabalhou por 12 anos na Leme Engenharia. com projetos na área de Instrumentação e Controle. Participou do projeto executivo da usina de Nova Ponte da CEMIG, no projeto básico da ETA-Rio Descoberto da FOTO CAESB e nos sistemas Serra Azul e Rio Manso da COPASA-MG. Há 3 anos é engenheira de manutenção da COPASA-MG. José Luciano Fava de Barros Engenheiro Eletricista PUC-MG e especialista em Análise de Sistemas pela UFMG, trabalhou por 11 anos na FUJINOR na área de controle de processos industriais. Há 2 anos é Gerente de Engenharia da ATAN Sist. de Automação, tendo participado do projeto básico de implantação da automação na ETA-Rio Descoberto da CAESB, execução da automação da UTR do Sistema Rio Manso da COPASA-MG, entre outros Endereço (1) : BR 040 - Trevo de Nova Lima - Cercadinho - Belo Horizonte - MG - CEP: 31950-640 - Brasil - Tel: (031) 250-2396 - Fax: (031) 250-2393. RESUMO Neste trabalho os autores apresentam os passos para o planejamento da implantação de um sistema de controle digital em estações de tratamento de água, baseado em experiências obtidas por suas atuações tanto em empresas de consultoria, engenharia de detalhamento e empresa de tratatamento de água, planejando, implantando e dando manutenção em sistemas automatizados de grande porte (ETA s com vazões de 6 m³/s). PALAVRAS-CHAVE: Planejamento, Controle Distribuído, Equipamento, SDAC. INTRODUÇÃO O que faz você pensar que sua empresa realmente precisa de um sofisticado sistema de monitoração e controle? Este sistema será complicado, caro, e irá requerer uma experiência que seus funcionários ainda não têm? Ele será bem aceito e assimilado por seus operadores, gerentes e pessoal de manutenção? Estará o sistema obsoleto antes mesmo de sua completa instalação? Uma vez que uma empresa, principalmente da área de saneamento, decide que é hora de implementar um sistema digital de aquisição e controle (SDAC), ela deve procurar responder com cuidado a todas as perguntas listadas acima. Para que qualquer sistema obtenha sucesso, ele deve ser bem aceito por quem irá operá-lo e dar-lhe manutenção. Também precisa de atender as metas e diretrizes planejadas pelos gerentes da planta. De preferência o SDAC deve pagar a sí próprio, devido a melhoria no controle do processo, otimizando o consumo de 19 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 2755
energia e produtos químicos, racionalizando sua operação, além de melhorar a qualidade da água fornecida a população. A chave para a obtenção deste sucesso é o planejamento. Detectar a necessidade da implantação de um SDAC não é suficiente para implementar com sucesso um sistema. Uma ampla pesquisa dentro da empresa e do que o mercado de automação oferece irá definir os requisitos que devem ser seguidos pelo projeto. Quando todos os esforços são dirigidos para o levantamento de necessidades e metas a serem atingidos pelo SDAC, fica extremamente fácil a obtenção de resultados altamente positivos na implementação. Reconhecendo a Necessidade de um SDAC Existem inúmeras razões que levam uma empresa a começar a procurar novas soluções para atender as suas necessidades de controle e monitoração de dados. Sempre que aumenta a demanda de água pelos consumidores, os limites máximos de determinado sistema produtor podem ser atingidos. Um SDAC pode ajudar a otimizar o processo, evitando a necessidade de ampliações. Um exemplo disto é a otimização do consumo de produtos químicos se houver o controle contínuo da dosagem baseado na demanda real da instalação, em substituição ao ajuste realizado manualmente pelo operador uma ou duas vezes por dia. As novas exigências do processo de tratamento de água levam a que o pessoal de operação tenha que cobrir uma área maior de atuação e monitorar uma quantidade maior de parâmetros com uma menor tolerância a erros. A interrelação entre equipamentos de processo, tais como sensores de vazão, pressão, chaves de fluxo, válvulas de controle, dosadores aumenta de tal maneira que fica bastante complicada a interpretação dos dados destes elementos e atuação para adoção de medidas corretivas sem o auxílio de ferramentas computadorizadas. As necessidades de se ampliarem as comunicações, a geração de relatórios confiáveis, o maior controle sobre os gastos e estoques, a capacidade de arquivar dados com objetivo de previsões de vazões e gastos futuros, também influenciam na necessidade da implantação de um SDAC. Concepção do Sistema Após decidida a implantação de um SDAC, o próximo passo que parece lógico é definir o pessoal envolvido no projeto. Se a instalação é pequena ou se a equipe técnica da empresa é capacitada, não será necessária nenhuma ajuda externa. Caso contrário, deve ser identificada uma empresa capaz de executar o projeto, levando em consideração sua experiência em projetos similares anteriores realizados com sucesso e com satisfação de seus clientes, demonstrada por atestados de capacidade técnica emitidos pelos clientes, preferencialmente registrados no CREA. De qualquer forma, a equipe de projeto selecionada deve contar com elementos da manutenção, operação e engenharia da empresa de saneamento. Quando o pessoal envolvido não estiver a par do estado da arte em sistemas de controle, a contratação de um consultor 19 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 2756
externo torna-se imprescindível. É interessante que estas pessoas façam visitas às instalações similares automatizadas, visitem os proponentes para avaliar suas potencialidades. Quando se inicia o trabalho de projeto, é interessante sua divisão em elementos que são facilmente identificáveis, tais como processo de tratamento, utilidades, administrativa, manutenção, etc.. A divisão do projeto em áreas irá facilitar a definição de metas e objetivos para cada área. Outro passo importante é verificar os últimos lançamentos de hardware e software que o mercado tem a oferecer. Para tanto, existem várias maneiras de se obter informações, como revistas (a Intech da ISA é um bom exemplo), consulta aos fabricantes, visita a feiras e instalações. A equipe de projeto deve constantemente se lembrar do motivo pelo qual a necessidade do SDAC foi levantada, quando for definir os seguintes principais tópicos do projeto:? Controle de Processo? Gerenciamento de Informações? Engenharia de Processo? Geração de Relatório? Gerenciamento de Manutenção? Informações de Laboratório? Segurança. Preparando a Especificação Funcional Após a definição das metas pela equipe de projeto, o trabalho pode prosseguir detalhando os elementos essenciais para o sistema, que é a geração da especificação funcional, onde são descritos:? A estrutura desejada para o sistema? As interfaces com outros sistemas? Localização de controles e monitorações? Estratégias de controle de processo? Requisitos de arquivamento de dados? Conteúdo e formato de relatórios? Locação e informações constantes nas estações de operação? Requisitos de expansão futura? Requisitos de gráficos de tendência? Recuperação ou instalação de novos sensores, atuadores, etc? Requisitos de instalação? Filosofia de teste e aceitação do sistema? Filosofia de treinamento de manutenção/operação. 19 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 2757
Faltas ou omissões, por parte da equipe de projeto, na etapa de elaboração da especificação funcional, irão provocar falhas irrecuperáveis na performance do sistema, podendo inclusive a vir definir seu fracasso. 19 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 2758
Definição do Sistema de Controle pelos Requisitos Funcionais Baseado nos requisitos funcionais definidos para o sistema de controle, devemos agora identificar a tecnologia de software e hardware que suportam as funções a serem desempenhadas pelo sistema. Os avanços tecnológicos permitem equipamentos de alta capacidade de processamento disponíveis em pacotes de custos bastante aceitáveis. Hoje, os sistemas de aquisição e controle podem ser divididos em duas categorias:? DCS ( Sistema de controle distribuído )? SCADA ( Aquisição de dados e controle supervisarão ) Os sistema DCS são compostos por controladores de processo separados, com funcões específicas em cada processador. Normalmente são sistemas de arquitetura fechada, isto é, seus componentes de hardware e software devem ser fornecidos apenas pelo fabricante do sistema. Apresentam um custo de instalação inicial mais elevado, mas o custo por malha de controle em sistemas de grande porte tende a ficar bastante reduzido. Portanto sua utilização é indicada para casos em que se necessitem de um grande número de malhas de controle com um pequeno número de intertravamentos. Os sistemas SCADA são caracterizados pela centralização das atividades de controle e operação. É baseado na tecnologia de computadores PC compatíveis fazendo a supervisão do processo, em conjunto com controladores lógicos programáveis PLC s ou unidades terminas remotas UTR s, que são responsáveis pelo controle das malhas e intertravamento. Seu custo de implantação inicial é bastante reduzido, pois pode ser ajustado apenas às necessidades imediatas do processo, fazendo as expansões à medida que forem necessárias. Pelas características do processo de tratamento de água, a utilização de um sistema SCADA é a mais recomendada na maioria das aplicações, pela sua relação custo/benefício mais atraente. Vale a pena comentar que a terminologia adotada na identificação dos sistemas de controle vem sendo alterada em função da tendência de utilização de sistemas abertos. Para a definição das funções de hardware e software, independe a tecnologia empregada, pois ambas atendem em maior ou menor escala as funções requeridas. Listamos abaixo alguns exemplos de funções de software suportadas pelos sistemas de controle:? Controle lógico seqüencial.? Controle lógico em batelada? Controle analógico em malha fechada? Funções matemáticas e de cálculos? Processamento de dados históricos? Elaboração de gráficos de tendência? Registros de alarmes e eventos? Diagnósticos do sistema? Geração de relatórios 19 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 2759
? Software para interfaceamento com outros sistemas (laboratório, manutenção, estoque, etc) Para especificação do hardware devem ser levados em consideração os seguintes requisitos:? Número de plantas ou centros de processamento de controle? Número de estações de operação? Número de unidades de monitoração? Número e localização de processadores? Número, tipo e localização de E/S? Número de malhas de controle? Tipo de rede de comunicação? Filosofia de redundância De uma maneira geral, atualmente os CLP s, micros, componentes de rede e softwares de supervisão e controle estão muito robustos, praticamente não exigindo redundância. O que indicamos como filosofia de redundância é a utilização de hot standby nos micros de supervisão, já que esta redundância praticamente vem carona em outro requisito do SDAC, que é a existência de mais de uma estação de operação. A nível de fontes, cartões de comunicação, CPU e cartões de entrada/saída de CLP, basta se ter um número razoável de sobressalentes, para reposição imediata, já que o MTBF destes equipamentos é bastante elevado. Dependendo do grau de treinamento e capacitação da equipe de técnicos da empresa, não se justifica nem a presença quadros de comando elétrico em redundância com o CLP, bastando ligar diretamente as saídas do CLP aos elementos de potência dos CCM s, sendo que todos os comandos para os motores e válvulas seriam dados somente pelas estações de operação do SDAC. Caso empregada esta filosofia proposta temos seguramente uma redução de pelo menos 30% no custo de implantação do SDAC. A arquitetura do sistema depende do momento em que ela foi concebida. Apresentamos a topologia original que foi proposta para o SDAC da ETA TAGUATINGA da CAESB, há 3 anos, e a topologia que seria proposta hoje. E apresentada também a topologia da UTR do Sistema de Abastecimento Rio Manso da COPASA MG, nas figuras a seguir: 19 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 2760
Fig. 1 - Arquitetura originalmente proposta para a ETA TAGUATINGA: 19 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 2761
Fig. 2 - Arquitetura atualizada para a ETA TAGUATINGA: 19 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 2762
FIG.3 Arquitetura para UTR Sistema Rio Manso: Execução do Projeto Estando a especificação funcional consolidada, os requisitos funcionais claramente definidos e o software/hardware totalmente especificados, passa-se então para a etapa de desenvolvimento do projeto propriamente dito. Nesta etapa, caso se tenha optado por contratar o projeto, a equipe da empresa concessionária deve se ater a pontos de acompanhamento dos trabalhos da empresa que elaborará o projeto para a execução do fornecimento, no que tange a:? Atendimento da Especificação Funcional? Atendimento às Normas e Padrões? Cumprimento dos prazos? Verificação do cronograma de desembolso? Inspeção e Teste do Sistema em fábrica e instalado? Cumprimento do programa de treinamento Mesmo com todo o treinamento executado pelos técnicos da empresa concessionária, nunca é demais que estes participem ativamente do comissionamento e posta em marcha do SDAC, pois somente com a experiência adquirida nestas etapas é que os mesmos estarão capacitados a manter e executar pequenas modificações e implementações no sistema instalado. Como já pudemos observar, todo o investimento e esforço despendido pela empresa de saneamento neste tópico, teve um retorno muito maior que o esperado. 19 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 2763
CONCLUSÃO Podemos ver, que a garantia de sucesso de um empreendimento de automação deve-se principalmente aos cuidados tomados na fase de planejamento e de como as diretrizes deste planejamento são seguidas durante a fase de execução. Os demais fatores que influenciam no andamento tornam-se apenas conseqüências do planejamento e execução. REFERÊNCIAS BIBLIOGRAFICAS 1. Leme Engenharia - Projeto básico da Automação da ETA do Rio Descoberto. 2. ATAN Sistemas de Automação - Especificação Funcional da UTR do Sistema Rio Manso. 19 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 2764