SIMULADOR DE OPERAÇÃO DE EQUIPAMENTOS DESENVOLVIDO EM EXCEL Gilson Vaz de Oliveira Gerente de Engenharia da EPC Automação Ltda. A simulação de situações reais evoluiu muito desde as primeiras aplicações, mas teve grande utilização na Segunda Guerra Mundial. A principal característica da simulação é possibilitar a interatividade com o programa, que por sua vez deve representar o máximo de fidelidade com a situação real, sem se importar com o que não é necessário, evitando que um simulador se torne muito caro, complexo e não amigável ao usuário final. A simulação tem sua maior aplicação na área militar com investimentos muito superiores aos demais segmentos: O Orçamento de 2003 para a Seção de Defesa Nacional dos Estados Unidos especificou uma verba de US$ 10 bilhões para treinamento. Para o Pentágono, são destinados anualmente US$ 4 bilhões para equipamentos de simulação e jogos de guerra. (Schitcoski, pág. 20). A utilização de simuladores de processo industrial tem se desenvolvido de maneira acentuada nos últimos 10 (dez) anos para atender as necessidades atuais do mercado. Apesar deste crescimento significativo, os usuários destes sistemas ainda não estão totalmente satisfeitos com os produtos entregues pelos desenvolvedores de simulador de processo industrial. Simulador de processo industrial é uma ferramenta importante que possibilita o treinamento de técnicos e operadores, validação de estratégias de controle e segurança, além de contribuir para o aumento de produção, aumento de disponibilidade operacional e redução de custos. Apesar deste crescimento significativo, os usuários destes sistemas ainda não estão totalmente satisfeitos com os produtos entregues pelos desenvolvedores de simulador de processo industrial. A necessidade de utilização de simuladores de processo industrial aumenta proporcionalmente com a complexidade das malhas de controle e segurança implementadas. Em função da necessidade de aumento de produtividade, segurança e qualidade dos produtos finais, os engenheiros de processo e automação têm utilizado sistemas de controle e segurança cada vez mais sofisticados que necessitam de maior conhecimento dos operadores destas plantas. As empresas especializadas no desenvolvimento de simuladores dão ênfase às propriedades químicas e físicas do processo industrial e necessitam de modelos complexos para representar com fidelidade estas características. Existem vários simuladores comprados que se tornaram obsoletos porque deixaram de refletir a realidade do processo em função de pequenas alterações efetuadas na planta, após o desenvolvimento inicial destes modelos. Em busca de modelos que reflitam a realidade do processo, os sistemas ofertados atualmente precisam de um desempenho elevado do hardware e software, aumentando consideravelmente a complexidade das plataformas necessárias e consequentemente aumentando muito o custo do produto. Além disso, o programa desenvolvido pelos especialistas destas empresas, de um modo geral, impossibilita a alteração do modelo F080/00 Pag. 1/6
implementado em função da utilização de software desconhecido pela grande maioria dos engenheiros e técnicos mantenedores destes sistemas nas indústrias. Existem vários simuladores comprados que se tornaram obsoletos porque deixaram de refletir a realidade do processo em função de pequenas alterações efetuadas na planta, após o desenvolvimento inicial destes modelos. Atualmente, os fabricantes de equipamentos, tais como: bombas, caldeiras, compressores, fornos, e reatores desenvolvem e fornecem sistemas específicos de hardware e software para operação dos seus equipamentos. As lógicas de controle e segurança estão cada vez mais complexas, acrescentando um grau elevado de dificuldade na partida, operação e parada destes sistemas. Em função desta necessidade e pensando também na redução de custos é aconselhável nestes casos, utilizar simuladores de operação de equipamentos desenvolvidos em Excel. Como os simuladores de processo ofertados não possuem o detalhamento necessário das lógicas e telas gráficas desenvolvidas pelos fabricantes de equipamentos, as indústrias não conseguem capacitar seus técnicos na manutenção e operação correta destes sistemas. Como consequência, existe uma grande necessidade da indústria em treinar seus técnicos e operadores nestes equipamentos, mesmo após a aquisição de um simulador de processo. Em função desta necessidade e pensando também na redução de custos é aconselhável nestes casos, utilizar simuladores de operação de equipamentos desenvolvidos em Excel. POR QUE UTILIZAR O EXCEL? O Excel é um programa do pacote Office da Microsoft que existe em quase toda a totalidade dos computadores utilizados na indústria. Além disso, o Excel é um programa altamente utilizado e conhecido pela grande maioria dos usuários de informática. Em função destas características, torna-se possível instalar o simulador em qualquer computador da planta, inclusive nas máquinas da Sala de Controle para orientar os operadores em uma necessidade imediata. COMO É O DESENVOLVIMEN- TO DO SIMULADOR? Inicialmente copiam-se as telas gráficas estáticas do SDCD, supervisório ou IHM local, utilizadas para a operação do equipamento. Em seguida, programam-se as lógicas de controle e segurança no VBA do Excel, considerando-se todos os detalhes relevantes configurados no programa aplicativo do CLP ou SIS. Finalmente, animam-se todos os campos dinâmicos das telas gráficas, incluindo-se avisos, mensagens, alarmes, botões de comando, necessários à operação completa do equipamento. Desta maneira, toda a lógica e animação das telas gráficas residirão no Excel, isto é, não será necessária a utilização de nenhum outro software para simular a operação completa do equipamento. Outra opção de desenvolvimento do simulador é utilizar a característica de alguns sistemas que permitem a comunicação do software da estação de engenharia com planilha Excel. Neste caso, deve-se utilizar o programa aplicativo do CLP ou SIS e criar somente as animações das telas gráficas no Excel. Esta técnica necessita que o programa aplicativo do fornecedor esteja rodando junto com a planilha Excel para a simulação da operação do equipamento. O QUE PODE SER CRIADO NO EXCEL? A versatilidade e o potencial do VBA incorporado no Excel permitem a criação de todas as necessidades para a implementação das lógicas de controle e segurança, tais como: Controle PID; Controle cascata; Temporizados; Blocos lógicos: AND, OR, NOT, entre outros; Flip Flop; Contadores; Seletores de sinal; Blocos analógicos: somadores, subtratores, multiplicadores, divisores, entre outros; Sequenciadores. F080/00 Pag. 2/6
Além da utilização do VBA, o Excel permite uma extraordinária possibilidade de criação de animações gráficas, entre elas: Bar graph; Animações coloridas; Indicações analógicas e digitais; Botões de comando; Biblioteca de desenhos customizados de equipamentos: bombas, compressores, fornos, tanques, vasos, entre outros; Registros históricos; Avisos, mensagens e alarmes. Não necessita de servidores e redes de comunicação. ALGUMAS APLICAÇÕES PARA ESTE TIPO DE SIMULADOR O simulador pode ser utilizado em qualquer equipamento para atender as atividades descritas abaixo: Treinamento de operadores; Treinamento de engenheiros e técnicos de automação e instrumentação; Não requer nenhuma sala de treinamento específica para instalar os equipamentos. Validação de malhas de controle e segurança novas e existentes; Solução de problemas em malhas de controle e segurança existentes. QUAIS AS VANTAGENS DESTE TIPO DE SIMULADOR? As vantagens do simulador de operação de equipamentos desenvolvido em Excel são: Baixo custo; Facilidade para programar alterações após o desenvolvimento inicial do simulador; Utilização em qualquer computador disponível; Utilização de programa conhecido pelos usuários; Não necessita de servidores e redes de comunicação; Padronizar e uniformizar os procedimentos operacionais dos equipamentos. Não requer nenhuma sala de treinamento específica para instalar os equipamentos; Todos os detalhes da operação do equipamento estarão disponíveis no simulador; Desenvolver habilidades para tomada de decisões. Implantação gradual dos simuladores, proporcionando um investimento mais adequado à disponibilidade de verba dos respectivos setores da planta. QUAIS OS GANHOS COM A UTILIZAÇÃO DESTE SIMULA- DOR? A utilização de simuladores desenvolvidos em Excel permite assegurar vários ganhos, conforme descritos abaixo: Padronizar e uniformizar os procedimentos operacionais dos equipamentos; Desenvolver habilidades para tomada de decisões; Agir com maior rapidez diante de certas situações; Repetir as ações tantas vezes quantas forem necessárias sem correr nenhum risco; Reduzir o tempo de comissionamento; Aumentar a confiabilidade da operação e manutenção dos equipamentos; Capacitar os engenheiros, técnicos e operadores antes do início da operação dos equipamentos; Aumentar a disponibilidade operacional; Reduzir o custo na implantação do simulador. Repetir as ações tantas vezes quantas forem necessárias sem correr nenhum risco. F080/00 Pag. 3/6
EXEMPLOS DE SIMULADORES JÁ IMPLANTADOS Existem vários simuladores na UNIB-3 da Braskem em Santo André que foram desenvolvidos em Excel para diversas finalidades, contribuindo substancialmente no treinamento de operadores e desenvolvimento de melhorias nos controles existentes. Seguem abaixo as descrições de alguns simuladores implantados nesta unidade da Braskem: Antes da implementação das melhorias nas bombas de expedição de Etileno, o simulador desenvolvido comprovou que o conteúdo do Memorial Descritivo de Intertravamento contemplava todas as necessidades operacionais da planta. A interface criada no Excel facilitou a apresentação e possibilitou o entendimento da lógica implantada para assegurar o perfeito funcionamento das respectivas bombas. Todas as funcionalidades, animações e telas de ajuda desenvolvidas no simulador foram configuradas nas telas gráficas do SDCD. A planta possui vários compressores centrífugos com alto grau de automação e consequentemente com uma elevada necessidade de capacitação de técnicos e operadores. Foram desenvolvidos 2 (dois) simuladores em Excel que refletem com fidelidade a operação destes equipamentos. As Figuras 1 e 2 mostram as telas gráficas dos compressores que proporcionaram o treinamento de 80 (oitenta) pessoas de manutenção e operação. Foram criadas várias situações que simulam defeitos e problemas no funcionamento do sistema para serem interpretados pelos treinandos. Figura 1 - Tela de partida do compressor F080/00 Pag. 4/6
Figura 2 - Tela de operação dos compressores Foi desenvolvido um simulador para mostrar todos os detalhes de funcionamento de uma lógica complexa de relés, possibilitando a realização de treinamento de engenheiros e técnicos de manutenção de automação e instrumentação sem interferir na instalação existente que está em operação. Após a identificação de melhorias no controle antisurge dos compressores, foi desenvolvido um simulador com a inclusão das alterações necessárias, possibilitando a comprovação do perfeito funcionamento da lógica de controle proposta antes da sua implantação. Neste simulador, a tela gráfica do Excel comunica-se em tempo real com o programa aplicativo do Sistema Integrado de Segurança atualizando dinamicamente todos os dados operacionais e gráfico de surge apresentados na Figura 3. Figura 3 - Tela do controle antisurge do compressor F080/00 Pag. 5/6
BAIXAR SIMULADORES PARA TESTE Estão disponíveis no site da EPC Automação, /downloads/, vários arquivos que podem ser baixados para testes e verificação da capacidade dos simuladores desenvolvidos no programa Excel. Seguem abaixo a descrição de alguns simuladores disponíveis: Controle de elevador com 4 (quatro) pavimentos: este simulador possui todas as características e necessidades de um sistema de controle de elevador utilizado em edifício residencial; Controle de processo: este simulador permite a interação em um processo com vários tipos de controle; Partida e intertravamento de bomba: este simulador mostra a lógica de relés utilizada na partida e intertravamento de uma bomba de processo industrial; Funcionamento de relé de segurança: este simulador mostra o funcionamento de relé de segurança utilizado em parada de emergência. Obs.: Os simuladores foram desenvolvidos no programa Microsoft Office Excel 2010 e consequentemente deverão ser testados utilizando-se esta versão do respectivo programa. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS Desenvolvimento de um simulador genérico de processos dinâmicos - Rafael de Pelegrini Soares. O passado, o presente e o futuro dos simuladores - Fabio Baladez. Uma arquitetura modular para sistemas de treinamento militar em operações táticas - Robertson Schitcoski. F080/00 Pag. 6/6