Automacao industrial no OPEX e-Paper

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Como obter Vantagem Competitiva Investindo em Automação Industrial na Operação e Manutenção na Indústria

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  • 1. AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL NO OPEX Como obter Vantagem Competitiva Investindo em Automação Industrial na Operação e Manutenção 1 MÁRCIO VENTURELLI e-Paper Márcio Venturelli AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL NO OPEX Como obter Vantagem Competitiva Investindo em Automação Industrial na Operação e Manutenção
  • 2. AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL NO OPEX Como obter Vantagem Competitiva Investindo em Automação Industrial na Operação e Manutenção 2 MÁRCIO VENTURELLI INTRODUÇÃO Em época onde a indústria é pressionada a produzir cada vez mais, com o menor custo e mantendo-se em níveis aceitáveis de segurança, os desafios tecnológicos nas plantas parecem estar limitados nos grandes investimentos, isto é, no ciclo de CAPEX (Capital Expenditure), onde encontramos caminhos no início do investimento para poder atender estas demandas. Mas e quando já operamos a planta e temos como metas estes mesmos termos, num ambiente de manutenção e operação limitados ao OPEX (Operational Expenditure), que não dispõem de grande capital e deve entregar resultados de melhoria, além da própria manutenção da planta. Neste cenário a Automação Industrial passa a ter um papel destaque nos investimentos de manutenção, podendo-se obter Vantagem Competitiva, na produção, no custo e na segurança. Vamos ver como podemos utilizar três tecnologias, que uma vez implantadas, elevam o nível de competitividade da planta produtiva. CONTROLE AVANÇADO Primeiro se automatiza, depois se otimiza, essa é uma premissa utilizada na área de automação industrial, uma vez que o investimento inicial se dá para a implantação da plataforma de controle operacional, visando a produção planejada da indústria. Otimização de processos é a colocação de instrumentos, equipamentos, limites operacionais e de capacidade em um ponto ótimo de operação, normalmente acima das regiões de conforto operacional, entregando aumento de produção com a mesma plataforma existente, no mesmo nível de segurança. A utilização de uma plataforma de otimização de processos, como foco no aumento da produção é o primeiro degrau de
  • 3. AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL NO OPEX Como obter Vantagem Competitiva Investindo em Automação Industrial na Operação e Manutenção 3 MÁRCIO VENTURELLI investimento dentro da área de O&M (Operação e Manutenção), para que se justifique dentro da área de automação industrial, chamamos de Controle Avançado de Processo. Os primeiros centros de operação de processos tinham o foco na operação e no controle de malhas, normalmente limitados aos controles PID convencionais, formando conjuntos de malhas, comandadas individualmente. Na evolução os centros de operação hoje além desta função de comando e controle dispõem de tecnologia de Controle Avançado, operando com multivariáveis correlacionadas, com algoritmos que aperfeiçoam o controle do processo, utilizando-se de tecnologias de IA (Inteligência Artificial), levando os processos a limites ótimos de operação. A Variabilidade de Processos é um dos maiores desafios nas operações de plantas, ele se dá por diversos motivos, que ocasionam a dificuldade de colocar o processo num ponto ótimo de operação, provocando perdas e elevação de custos produtivos. A utilização de malhas de controle com PID convencionais coloca o processo em limites que não deixam subir o nível de operação, dentre os motivos é que as malhas não são interligadas para análise do comportamento do processo em conjunto, com isso, ruídos, variabilidade e sintonia passam a ser dificultadores nestes tipos de malhas. Mas o que é Controle Avançado? Na prática podemos definir Controle Avançado como: • Uma técnica preditiva, isto é, um sistema capaz de prever por antecipação a variabilidade do processo, através da utilização de modelos; • Ser multivariável, o controle passa a ter leitura de duas ou mais variáveis para obter comportamento e promover uma saída de controle;
  • 4. AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL NO OPEX Como obter Vantagem Competitiva Investindo em Automação Industrial na Operação e Manutenção 4 MÁRCIO VENTURELLI • Atuar no nível acima do regulatório, este é um modelo que atua de forma complementar ao Controle Avançado em um nível acima desta camada. Com estas definições, o Controle Avançado deve pelo menos atender dois destes itens. Há diversas tecnologias para Controle Avançado, vamos entender como elas atuam no processo, o APC - Advanced Process Control, que é o Controle Avançado de Processo é uma técnica que tem como foco a diminuição da Variabilidade do Processo, comentado anteriormente como um grande desafio na produção. O RTO - Real Time Optimization, Otimização em Tempo Real, ele atua juntamente com o APC, porém seu objetivo principal é elevar o ponto de operação, com isso se ganha diretamente na produção. Com o MPC - Model Predictive Control, Controle Preditivo com Modelo, tem-se o Controle, a Predição e a Otimização, onde através do conjunto Operação e Engenharia, consegue-se obter o máximo do ponto ótimo de operação, utilizando-se as técnicas comentadas. O funcionamento de um sistema de Controle Avançado, por exemplo, do tipo MPC, possui modelos matemático pré- definidos, conhecidos do processo e seu comportamento, para tomada de ações de controle. Os Controles Avançados atuam de forma inferencial, isto é utilizam-se modelos de conhecimento de processo de cada malha, interessante observar que em sua atuação ele elimina o que não está no modelo, integrando o processo. Com este modelo o processo é levado a limites antes não explorados, onde o operador não colocar mais o SP (Set Point) e sim os limites de operação, mudando a forma operacional.
  • 5. AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL NO OPEX Como obter Vantagem Competitiva Investindo em Automação Industrial na Operação e Manutenção 5 MÁRCIO VENTURELLI Os benefícios na utilização dos controles avançados podem destacar: • Aumento da Produção / Rendimento • Melhoria na Qualidade dos Produtos • Redução dos Custos de Produção • Aumento da Eficiência Energética Para implantar um sistema de Controle Avançado na planta, podemos ter uma visão geral de como deve ser seguido: • Planejamento – foco em Rentabilidade, o que quero ganhar? • Projeto – foco no que se tem, entender como são as malhas atuais; • Implantação – infraestrutura de comunicação, analisar o que se tem e o que se deve ter para colocar em funcionamento; • Comissionamento – pré-operação e treinamento, iniciar as operações com cada malha testando os modelos e treinando os operadores para este novo tipo de operação; • Partida – liberação no modo Avançado e manutenção, colocar as malhas em operação em modo avançado e iniciar o ciclo de melhorias, que é constante e é a manutenção do sistema, pois não é estático. Como esta tecnologia é baseada em carga computacional, isto é, necessita de hardware robusto para processamento matemático, houve uma evolução na aplicação das mesmas, visto temos um grande crescimento na potência de processamento nos últimos anos. Os próprios DCS e PLC são uma tendência em ter os cartões de Controle Avançado já incorporados, visando já uma implantação direta no controlador.
  • 6. AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL NO OPEX Como obter Vantagem Competitiva Investindo em Automação Industrial na Operação e Manutenção 6 MÁRCIO VENTURELLI Com estas facilidades e benefícios há uma tendência de cada vez mais as especificações técnicas (ET) de automação ter a premissa da colocação de Controles Avançados já previstos em plantas. A utilização de Controle Avançado é benefício direto e imediato na produtividade industrial, representando a fronteira da diminuição do custo relacionado com o aumento da produção, utilizando-se a mesma estrutura física de malhas de planta com modelos convencionais. GESTÃO DE ATIVOS A manutenção industrial cada vez tem que ser mais eficaz na gestão do ciclo de vida dos equipamentos industriais, para isso a automação industrial passa a ter papel de destaque cada vez mais importante no âmbito industrial. Com o grande avanço tecnológico da TI (Tecnologia da Informação) e da TA (Tecnologia da Automação), hoje temos equipamentos de instrumentação e controle cada vez mais inteligentes, não só desempenhando suas funções primárias, mas também entregando inteligência ao processo, resultando em tomadas de decisões na manutenção mais pontuais, otimizando recursos, na ponta, reduzindo custos dos ativos. Ao longo dos anos a gestão da manutenção passou por diversas fases tecnológicas, no final da década de 70 e 80 tínhamos as fichas dos equipamentos, muitas vez colocada em arquivos de papel, para o controle dos técnicos de manutenção. Com o avanço da TI, os computadores foram colocados a disposição da gestão industrial, colocando estas fichas de papel em formato digital, porém ainda tínhamos que dar entrada manual de dados, das informações do ativo, tempo de uso, troca de peças e situação encontrada ou reparada.
  • 7. AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL NO OPEX Como obter Vantagem Competitiva Investindo em Automação Industrial na Operação e Manutenção 7 MÁRCIO VENTURELLI Com a instrumentação inteligente, isto é, o uso de redes industriais de campo, os instrumentos passaram a ser ativos, usando o recurso da eletrônica e a rede, podem estar conectados a sistemas de gestão de ativos, onde os dados são coletados automaticamente e analisados através de modelos, dando aos técnicos todas as informações e conhecimento do ativo necessário à efetivação ou não de reparos e antecipando quebras previstas. No nosso caso o ativo é todo e qualquer equipamento responsável pela medição e controle dos processos industriais, tanto o hardware quanto o software, passando por toda a infraestrutura de da planta. Os desafios da manutenção são diversos, para nosso entendimento quanto aos ativos, podemos descrever: • Reduzir custos de manutenção • Reduzir paradas não programadas • Diagnosticar problemas de forma pró-ativa • Disparar O.S. pelo sistema de TI integrado • Diminuir o tempo de retomada de processo Os benefícios na planta com a implantação de um sistema de gerenciamento de ativos inteligente, podemos descrever abaixo: • Redução de paradas não programadas • Redução de custos de inventário • Redução nas paradas de produção • Redução de defeitos em equipamentos • Aumento de disponibilidade de planta • Aumento da eficiência da manutenção
  • 8. AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL NO OPEX Como obter Vantagem Competitiva Investindo em Automação Industrial na Operação e Manutenção 8 MÁRCIO VENTURELLI • Aumento da produtividade dos equipamentos A tecnologia hoje empregada para gerenciamento de ativos em planta é o uso de redes industriais, utilizando-se de protocolos industriais, tais como, Profibus, Profinet, Foundation, entre outros, conectados a uma infraestrutura que permita se comunica com um sistema que gerencia este ativo e se conecta a área de manutenção industrial. O sistema de gerenciamento de ativos funciona de forma automática, numa infraestrutura preparada o sistema aquisita dados em tempo real, de forma acíclica na rede, podendo, por exemplo, fazer testes de assinatura de válvulas, saber a quantidade de partidas de uma Soft starter, sobrecargas, mau posicionamento de posicionadores, entre outros, entregando já pontos crítico para manutenção. Há diversas funções que um gerenciamento de ativos pode desempenhar, desde uma análise on-line na rede, no local ou via WEB, até otimizar processos conhecendo as variáveis analisadas, passando por gerenciamento de mudanças e recuperação de desastres. A implantação de um sistema de gerenciamento de ativos passa por algumas etapas, podemos descrever abaixo de forma simplificada os principais passos: • Definição dos objetivos do gerenciamento de ativos • Priorização de ativos – central de despesas • Modelagem de gestão de cada ativo (criticidade) • Indicadores de desempenho para análise • Projeto de infraestrutura e implantação • Medição, coleta, gravação e análise • Plano de ação – procedimento padrão
  • 9. AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL NO OPEX Como obter Vantagem Competitiva Investindo em Automação Industrial na Operação e Manutenção 9 MÁRCIO VENTURELLI As tendências em gerenciamento de ativos na automação passam por uma evolução nas aplicações dos sistemas de segurança (SIS) e nas redes sem fio Wireless para automação industrial. Na competitividade industrial o gerenciamento de ativos é sensível à gestão dos custos, tanto produtivos quanto de manutenção, podendo diferenciar as melhores margens de operações produtivas no setor industrial, entregando vantagem competitiva. GESTÃO DE ALARMES O controle operacional com foco no operador é cada vez mais direcionador nos projetos de automação industrial, entendendo isso como um fator importante, desde a segurança operacional, até a gestão eficiente do ativo, os alarmes de processos ganham destaque e exigem a aplicação de ferramentas para sua administração, esse é o tema de nosso e-Paper, a gestão de alarmes. Um dos cenários que mais ocorrem hoje em termos operacionais, é um operador sentado em frente a uma estação de operação onde dentro de uma normalidade, não indica nenhuma tendência anormal, o foco é manter o patamar de controle, porém uma vez ocorrendo algum evento, é disparada uma série de alarmes em sequencia, criando o que chamamos de avalanche de alarmes, que na prática não demonstra ao operador a origem e muito menos a causa de um problema operacional. Outra situação que ocorre muito são os alarmes não relevantes, eles sempre aparecem para o operador, porém ele reconhece o mesmo o dia todo, não dando importância, pois esse alarme não era necessário ou esta descalibrado para o processo, como resultado disto tudo, um acidente pode ocorrer, pois há excesso físico para um operador, além de baixa qualidade de indicação de um provável e iminente sinistro.
  • 10. AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL NO OPEX Como obter Vantagem Competitiva Investindo em Automação Industrial na Operação e Manutenção 10 MÁRCIO VENTURELLI Interessante observar que as avalanches de alarmes são um legado negativo da evolução da tecnologia, pois no passado ter um alarme era caro, tinham que ser elaborados, projetados e implantados um a um, num sistema muitas vezes eletromecânico, hoje os PLC/DCS (SCADA), proporcionaram uma facilidade sem igual na implantação de qualquer tipo de alarme para um operador, ocasionando na ponta uma sobrecarga para operação, simplesmente não se consegue gerenciar a informação de um alarme na tela de operação. Vamos entender o que é um alarme, segundo a ISA 18.2, é um sinal audível e/ou visível indicativo do mau funcionamento de um equipamento ou processo ou condição anormal que requer uma resposta, logo então, gerenciar alarmes é o processo de projetar, implantar, monitorar e aprimorar os alarmes, a fim de garantir operações seguras e confiáveis. As plantas de processo hoje demandam desafios operacionais que podemos destacar alguns orientados aos alarmes, entre eles: • Os alarmes devem ajudar operadores a corrigir problemas no processo • O operador ao receber um alarme deve (entender, reconhecer e tomar uma ação) no máximo 6 alarmes/hora (EEMUA) • Os alarmes devem evitar paradas não programadas de planta • Os alarmes devem contribuir diretamente para a confiabilidade operacional da planta A implantação de um processo de gerenciamento de alarmes entrega benefícios ao controle operacional, podemos listar alguns dos principais:
  • 11. AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL NO OPEX Como obter Vantagem Competitiva Investindo em Automação Industrial na Operação e Manutenção 11 MÁRCIO VENTURELLI • Aumento da estabilidade operacional (diminuição da variabilidade na interferência da operação) • Aumento da valorização do alarme atuado na tela operacional (menos distração) • Respostas mais rápida aos eventos • Identificação de tendências de problemas de equipamentos ou processo (gargalos) A tecnologia utilizada hoje na implantação de um sistema de gerenciamento de alarmes segue um conceito de sistema, isto é, através da aquisição dos dados de alarmes num sistema de automação existente, um servidor coleta todas as ações de alarmes e através de um sistema de gestão (software) com ferramentas apropriadas para atender as premissas já descritas, consegue-se ir adequando, melhorando e alterando a estrutura de alarmes, podendo atender todos os requisitos de segurança segundo a norma. O funcionamento do sistema passa o comando dos alarmes do Scada/DCS para um servidor de alarmes, isto é, um modelo gerenciável entrega na tela de operação as informações relevantes de alarme, não mais vindo (configurados) diretamente do Scada/DCS, mas sim de uma modelagem que permite dar consistência ao alarme, na prática é transparente ao operador. A implantação de um sistema de gestão de alarmes passa por uma sistemática, onde podemos destacar as principais em sequencia: • Benchmarking e Avaliação – uma avaliação geral no topo da gestão, levando dados de cenários e até mesmo de outros sistemas paralelos instalados a título de comparações;
  • 12. AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL NO OPEX Como obter Vantagem Competitiva Investindo em Automação Industrial na Operação e Manutenção 12 MÁRCIO VENTURELLI • Filosofia de Alarmes – Deve-se escrever um manual de como os alarmes devem funcionar, tudo é planejado, as regras e ações do todo, isso passa a ser a diretriz de implantação; • Racionalização dos Alarmes – Extinção das piores atuações, revisão completa dos alarmes na configuração, seria como se fosse uma “limpeza” inicial; • Implementação e Execução – Configuração do sistema de gestão de alarmes junto ao de controle; • Manutenção – um sistema de gestão de alarmes exige manutenção constante, pois o processo é dinâmico, onde monitora-se desempenho, para aprimoramento das piores atuações; • Melhoria Contínua – a gestão de alarmes deve se entendida como ciclo, tudo pode ser melhorado, o gerenciamento do fluxo e alterações para permitir melhoria constante. Os sistemas de gestão de alarmes já são uma realidade e como toda tecnologia evolui constantemente, há algumas tendências que já despontam neste tipo de ferramenta, podemos comentar as principais, que são: • Gerenciamento de alarmes compulsório – algumas plantas de alta criticidade caminham para que o sistema seja compulsório, isto é, seja obrigatório dentro de um tópico em legislação (parecido ao NR-10); • Gerenciamento de alarmes mobile – com os aparelhos portáveis (smartphones) são uma realidade, estes equipamentos passam a potencializar as ações operacionais vindas de um sistema de gerenciamento de alarmes, não só no site, como remotamente; • Ferramenta integrada na manutenção – os sistemas de gestão de alarmes podem integrar-se aos sistemas de gestão
  • 13. AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL NO OPEX Como obter Vantagem Competitiva Investindo em Automação Industrial na Operação e Manutenção 13 MÁRCIO VENTURELLI da manutenção, permitindo, por exemplo, a gestão dos ativos, uma vez que se podem obter informações de todo e qualquer equipamento por alarmes configurações em diversos níveis de informação. A segurança operacional é tema de extrema importância nas relações de governança das indústrias, o gerenciamento de alarmes é uma ferramenta que adiciona conforto operacional aos operadores com ganho de eficiência, além do aumento da confiabilidade na operação da planta produtiva. Vimos neste pequeno artigo como as ferramentas podem melhorar a produção através da otimização de malhas de controle de processo, diminuir os custos de operação utilizando de gerenciamento de ativos com tomada de decisões antecipadas e melhorar o nível de segurança operacional, colocando inteligência nos eventos de planta.
  • 14. AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL NO OPEX Como obter Vantagem Competitiva Investindo em Automação Industrial na Operação e Manutenção 14 MÁRCIO VENTURELLI SOBRE O AUTOR • Márcio Venturelli trabalha no mercado de automação industrial há 20 anos, tendo passado por diversos departamentos, tais como, assistência técnica, treinamentos, comissionamento, projetos, engenharia, marketing e negócios. • Trabalhou em diversos projetos de implantação de sistemas de automação de plantas de bioenergia, transformação e manufatura, no Brasil e no exterior. • Atualmente trabalha em desenvolvimento de mercados com foco em engenharia conceitual na área de automação industrial, tendo como base viabilidades técnicas e financeiras, otimização e gestão industrial produtiva. • É professor universitário de pós- graduação de automação industrial e gerenciamento de projetos. • Membro Sênior da ISA (Sociedade Internacional da Automação) e Presidente da Seção ISA Sertãozinho- SP, Membro do PMI-SP (Instituto de Gerenciamento de Projetos) e Coordenador do Comitê de Automação Industrial do CEISE Br. • Graduado em Ciência da Computação, Pós-Graduado em Gestão Industrial e Petróleo e Gás. MBA em Estratégia de Negócios. Técnico em Automação Industrial e Eletrotécnica. • E-mail: venturelli.tia@gmail.com JULHO/2014 - R0 venturelli.tia@gmail.com