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Benefícios da comunicação integrada com Ethernet Industrial: Uso de Ethernet entre escritório e chão de fábrica
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Benefícios da comunicação integrada com Ethernet Industrial: Uso de Ethernet entre escritório e chão de fábrica

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Benefícios da comunicação integrada com Ethernet Industrial: Uso de Ethernet entre escritório e chão de fábrica - Benefits of integrated communication with Industrial Ethernet: Use of Ethernet between …

Benefícios da comunicação integrada com Ethernet Industrial: Uso de Ethernet entre escritório e chão de fábrica - Benefits of integrated communication with Industrial Ethernet: Use of Ethernet between office and plant floor
Palestrante: M.Sc. Robert Gries Drumond – SIEMENS / Brasil

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  • 1. Conteúdo 1. Motivação e história 2. Benefícios conceituais 3. Vantagens na prática 4. Visão
  • 2. A Organização daProfibus/PROFINET International Belgium Germany & Austria Norway RPA, PICC RPA, PICC, PITC, PITL RPA, PICC, PITC Denmark Ireland Spain Czech Rep. RPA RPA, PICC, PITC RPA, PICC RPA, PICC, PITL Finland Italy Sweden Poland RPA RPA, PICC RPA, PICC RPA, PICC France Netherlands Switzerland Russia RPA, PICC,PITC RPA, PICC, PITC, PITL RPA, PICC, PITC RPA Slovakia UK RPA RPA, PICC, PITC E. Europe W. Europe China RPA, PICC, PITL India Asia RPA, PICC Americas Japan RPA, PICC, PITL Korea RPA, PICC Brazil Middle-East RPA, PICC RPA Chile South-East-Asia PICC RPA, PICC USA Southern Africa Australia / New Zealand RPA, PICC, PITC RPA, PICC, PITC RPA, PICC, PITC PITL 40 Centros de 10 Laboratórios de 27 Associações 18 Centros de Competência PI Testes PI (PITL) para Regionais PI (RPA) Treinamento PI (PITC) (PICC) testes de certificação
  • 3. Robert Gries Drumond Mestre em Engenharia Elétrica pela Technical University of Hamburg – Alemanha 8 anos de experiência na Siemens na área de sistemas de automação industrial  Na matriz alemã nas áreas de P&D, planejamento de produção e desenvolvimento de negócios  Desde 2009 é responsável pelos negócios da Siemens Factory Automation no Brasil Vice-Presidente da Associação Profibus/PROFINET da Regional Brasil
  • 4. Conteúdo 1. Motivação e história 2. Benefícios conceituais 3. Vantagens na prática 4. Visão
  • 5. Quais os desafios enfrentados hoje pela indústria?Empresário: “Reduzir o TCO (Total Cost of Ownership - custo total de propriedade).” Diretor: “Otimizar o ciclo de vida do produto.”Gerente Industrial: “Aumentar a disponibilidade da planta, ...e a segurança!” Técnico de Processos: “Reutilização, otimizar o uso da produção.”Gerente de Inovacão: “Tornar a produção mais flexível.”
  • 6. A complexidade de sistemas de automação aumenta: De funções hard-wired para conceitos de engenharia integrada Aplicações cada vez mais complexas e demandaSW de mais transparência da área de produção:  Programa de controle dobra a cada 4 anos.  Antigamente hardware contemplava aprox. 90% Software do custo total de automação, futuramente software contribuirá 80%Hardware Hard Isolated Decentral Integrated Digital Wiring PLC’s architectures architectures Plant HW 1958 1973 1979 1995 2010 2025
  • 7. A complexidade de sistemas de automação aumenta: Ethernet Industrial é o backbone de comunicação Internet Aplicações cada vez mais complexasSW e demanda de mais transparência Ind. Ethernet, incl. wireless da área de produção and Safety Introduction of Fast Ethernet in office Fast Ethernet is Software networks. introduced as fieldbus. Optical Industrial EthernetHardware 1st Industrial Ethernet Sketch by Bob Metcalfe, who was bus systems active in the Xerox Palo Alto Research Center (PARC) in the early 70s. Network specification Workgroup 820 IEEE: Integrated Digital by XEROX HW Ethernet V1 architectures Plant 1975 1980 1985 2000 2008 2025
  • 8. Crescimento exponencial da tecnologia de Ethernet Industrial  Crescimento anual de 15% até 40% da tecnologia Ethernet Industrial  Evolução muito superior à época do surgimento dos protocolos industriais baseados em RS-485(Profibus/PROFINET International: www.profinet.com)
  • 9. Por que usar Ethernet em um ambiente industrial? Production managementUma estrutura de rede uniformizada  Continuidade até o chão de fábrica  Redução de interfaces  Engenharia em qualquer ponto da plantaUso das vantagens da TI nas Production Areaáreas de produção HMI / Control level  Acesso remoto  Serviços de Web  Atualização de Software Field levelMelhorias em relação aossistemas hoje existentes  Alto desempenho Sensor/ actuator  Quantidades ilimitadas level  Operação simples Denilson Pegaia 2010
  • 10. Topologias de automação convencionais:Protocolos diferentes dificultam transparência de dados PG/PC IHM CLP WLAN Ethernet Industrial CLP Diagnóstico Dispositivo de campo Dispositivo de campo Web/TCP/IP Dispositivo de campo
  • 11. Um barramento único para todas as suas tarefas Topologias de automação com Ethernet Industrial (PROFINET) PG/PC IHM CLP IWLAN Ethernet Industrial Diagnóstico Dispositivo de campo Controle de movimento    Acionamento Web/TCP/IP  Ponto de Dispositivo de Acesso Wireless campo
  • 12. Mercados alvo da tecnologia de Ethernet Industrial: Todos os segmentos industriais Factory Motion Process Automation Control Automation• Automotive Industry • Wood-, ceramic-, glass • Oil & Gas, Energy processing machines• Machine tool industry • Chemicals • Plastic injection, molding• Logistic & Transportation & • Pharmaceutical machines Material Handling • Mining & Metal• Electro Industries • Packaging machines • Food & Beverage• Textile Industries • Printing presses • Water & Waste Recycling
  • 13. Importantes conquistas:Consórcio formado pelas quatro maiores montadoras alemãs Em 2004 a AIDA (consórcio formado pelas quatro maiores montadoras alemãs) anunciou a adoção e suporte de Ethernet Industrial (PROFINET) como o padrão de rede industrial a ser adotado. • A integração de informações e funções de Razões segurança, dadas para a decisão • A simples interoperabilidade com a base instalada (PROFIBUS e Interbus)
  • 14. e muitos mais ...
  • 15. Conteúdo 1. Motivação e história 2. Benefícios conceituais 3. Vantagens na prática 4. Visão
  • 16. Diferenças entre a rede industrial e rede de escritório abrenovas oportunidades Indústria Escritório Localização Ambiente hostil Escritórios com ar condicionado Instalação Pessoal de montagem Especialistas de rede industrial Topologia Dependente da planta Estrela Disponibilidade Interrupções na Faixa aceitável variando rede < 300 ms de segundos até alguns minutos Densidade de dispositivos Baixa, switch’s Alta, switch’s com poucas portas com muitas portas Monitoração da rede É parte da supervisão da Feita por pessoa(s) planta especialmente treinada(s)
  • 17. Topologias de rede: Flexibilidade e confiabilidade Anel linha Árvore Estrela Grande  Topologia em linha utilizando-se os switches variedade integrados nos dispositivos de opções  Topologias em árvore ou estrela de topologia  Redundância em anel, com configuração em tempo real
  • 18. Aproveitando as vantagens da comunicação em Ethernet, semrisco para a performance da produção industrial PROFINET Tempo Real PC HTTP SNMP Socket RT IRT PROFINET IO-Device Internet Explorer Dispositivos de campo TCP / UDP IP Ethernet Sistema de PC sensores PROFINET Servidor SNMP/OPC IO-Controller PLC Comunicações TCP/IP padrão junto com recursos de comunicação industrial (tempo real) em conformidade com IEEE 802.3
  • 19. A vantagem do uso de Ethernet Industrial (EI) em comparação comsoluções convencionais: Mais eficiência no equipamento e processo (ms) 92 Exemplo: Comparação de EI com PB max Token rotation or updating time 60 stations EI 23 typ 37 6 1 DP/1,5MB DP/12MB EI Redução de custo com a performance de EI  Tempo de ciclo mais rápido  Produção mais rápida  Redução de protocolos e Cycle time interfaces 1 – 2 ms Cycle time  Mesma quantidade de 8 – 10 ms equipamentos ou até mais
  • 20. Dados de segurança e processo na mesma rede – fácil eeconômico Processo e Segurança Processo e Segurança em sistemas separados em um único sistema Standard & Fail-safe I/O Safety relays Emerg. Emergency stop stop Emergency Emergency stop stop Standard Fail-safe Controller I/O Standard PLC Emergency Emergency stop stop PROFINET w/ PROFIsafe  Atende às categorias mais altas de segurança O barramento  Nível de Integridade de Segurança SIL 3 / PL e / Cat. 4 à prova de  Diagnóstico e interface de usuário uniformes falhas  Reduz o número de modelos, peças e interfaces  Wireless também
  • 21. Mais eficiência na manutenção e outros serviços comas ferramentas WEB On line alarmes diagnóstico Web Ethernet Industrial Server integrado rede On line topologia  Acesso fácil via processo Internet-Browser  Não precisa ferramenta de Página web customizada engenharia  Diagnóstico de rede online  Acesso read/write de variáveis de processo
  • 22. Conteúdo 1. Motivação e história 2. Benefícios conceituais 3. Vantagens na prática 4. Visão
  • 23. Integração horizontal e vertical, juntando as áreas do processo produtivo e da subestação de energia1) Solução convencional: 3) Solução integrada: Centro de Controle/Operação Regional 2) Solução com barramento único: Centro de Controle/Operação Regional Centro de Controle/Operação Regional Barreira SCADA Processo SCADA Energia Barreira SCADA integrado para Processo e Energia CLP 01 CLP 02 Relé Relé 01 02 SCADA Processo SCADA Energia Profinet / IEC61850 Profinet / IEC61850 Painel de Profinet / IEC61850 Profinet / IEC61850 interligação de energia Instrumentação Relé 01 CLP 01 Relé 01 ReléRelé 02 02 CLP 01 Motores/Acionamentos/ Disjuntores Seccionadoras Disjuntores/Seccionadoras Processo /Transformadores Instrumentação Acionamentos Disjuntores Seccionadoras Transformadores Instrumentação Acionamentos Transformadores
  • 24. Estudo de caso real - Alternativa 1: Sistema de automação convencional ETHERNET ETHERNET (Plant line) PLC HMI FieldBUS I/O IP20 FieldBUS I/O IP67 SafetyBUS ETHERNET INVERTER Rfid VALVES SafetyBUS I/O IP20 safety I/O IP67 safety PLC safety Cabinet HMI safetyMTBF: Mean Time Between FailureMTTR: Mean Time To Repair
  • 25. Estudo de caso real - Alternativa 2: Sistema de automação baseado em Ethernet Industrial (PN) Ethernet (Plant line) IMH Profinet PLC Motion + Safety HMI I/O IP20 Motion + Safety PROFINET I/O IP67 Motion + Safety INVERTER SIP VALVES IMH Cabinet IMHMTBF: Mean Time Between FailureMTTR: Mean Time To Repair
  • 26. Qual ROI (return on invest) do uso da tecnologia Industrial Wireless LAN de fato?Example: Power Trolley Systems Other examples: Automatic Guided Vehicle Systems Fator ROI > 2x Invest. Manut. TCO após 3 Industrial Cranes típico anual anosConvencional (com cabo) 65.000 € 23.000 € 134.000 € Com IWLAN 80.000 € 6.000 € 98.000 € Fator ROI > 5x Δ +10.000 € - 17.000 € -36.000 € Fator ROI > 3x
  • 27. A eficiência do uso de Ethernet Industrial reduz significadamente oTCO (Total Cost of Ownership) da sua planta Cabo único Eficiência (%) 100 energética Diagnóstico - 40% Custo de 30 Arquitetura manutenção - 40% Performance Web inovadora 60 Confiabilidade Troca rápida Custo de Diagnóstico 30 - 25% /estabilidade de equip. operação 18 Design & Instalação Produção Manutenção - 50% 22 Investimento 40 100 100 100 inicial 20 25 75 40 50 60 50 Planta convencional TCO Planta otimizada TCO Redução de custo com Ethernet Ind. PROFINET Investimento Custo Custo de inicial (%) operacional (%)* manutenção (%)* (*) durante tempo inteiro de operação da plantaFonte: membro RPA do Brasil, estimativa conservadora
  • 28. A eficiência do uso de Ethernet Industrial reduz significadamente o TCO (Total Cost of Ownership) da sua planta Planta convencional TCO (%) 100 Planta otimizada TCO - 40% Redução de custo com Ethernet Ind. PROFINET Investimento 30 inicial - 40% 60 30 - 25% Custo 18 operacional - 50% 22 Custo de 40 manutenção 20Fonte: membro RPA do Brasil, estimativa conservadora
  • 29. Conteúdo 1. Motivação e história 2. Benefícios conceituais 3. Vantagens na prática 4. Visão
  • 30. Visão do futuro de automação industrial: Unificação dos dados do produto e da produção do mesmo na empresa digitalInteligência e transparência de dados sobre produtos e um ciclo de vida deprodução integrado  Juntar os mundos virtuais e reais (físico) de planejamento e produção  Plataforma digital unificando os ciclos de vida de produto e processo  Compartilhamento de conhecimento entre os dois mundos
  • 31. Acelerar o time-to-market: Unificação dos processosde ciclo de vida do produto e da produção Produto Produção (contínuo e discreto) ontem hoje amanhã Serial e isolado, sem Processos continuam na maioria Processos integrados e integração dos sistemas isolados e seriais, com integração um único ciclo de vida Processo de SW parcial de dados Plan Develop Build Support tempo tempo tempo Further optimization of individual processes Achieving continued time savings of 50% yielding diminishing marginal returns depends on unifying processes Com a integração dos processos de ciclo de vida do produto e da produção, o time- to-market pode ser reduzido em 50%

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