O que esperar de um sistema de controle distribuído

O que esperar de um DCS

A complexidade dos ambientes de negócios e de fabricação parece não se esgotar. São muitas variáveis e todas são críticas: matéria-prima limitada, mão de obra escassa, normas regulamentadoras globais e locais, margens apertadas, concorrentes agressivos, prazos reduzidos, orçamentos apertados. Diante disso, é importante repensar de que formas um sistema de controle distribuído pode ajudar você. E, se os desafios são modernos, pouco ou nada adianta querer vencê-los com uma abordagem tradicional. Um DCS moderno, esse, sim, pode ajudá-lo de forma decisiva a lidar com as dificuldades atuais e futuras.

 

Como atender a demanda contínua por novas fontes de produtividade e crescimento da margem e, ao mesmo tempo, continuar usando a mesma abordagem de automação e estratégia de sistema de controle que temos usado há décadas?

Normalmente, a automação é feita com uma mistura de diversos sistemas e ferramentas, especificamente desenvolvidos para as tarefas que eles controlam, com base nas limitações da tecnologia disponível na época. A fabricação utiliza um sistema para o controle do processo, outro para o controle discreto, e ainda outro para o controle da energia elétrica.

Por exemplo: funções específicas com alta velocidade e lógica discreta podem ser controladas utilizando-se CLPs dedicados, enquanto os Sistemas de Controle Distribuído (DCSs) são utilizados quando diversos controladores e diversos pontos de acesso precisem ser conectados e estar acessíveis em toda a fábrica. A principal área de processo em uma planta é automatizada tipicamente utilizando-se um DCS dedicado. A integração do DCS com os sistemas de automação utilizados no restante da planta é, em geral, de alto custo e requer muita engenharia. Manter múltiplos e distintos sistemas de automação gera tensões na Operação e nos recursos de suporte, restringindo a flexibilidade e a capacidade de resposta.

O que realmente se faz necessário é uma abordagem moderna – que forneça todos os recursos básicos de um DCS para administrar os requisitos de controle do processo, mas que se baseie em tecnologia contemporânea, que se integre facilmente a outros sistemas de automação, às atividades dos operadores e aos sistemas críticos da empresa.

Um DCS moderno é construído utilizando-se tecnologias de controle para toda a planta e as indústrias já podem optar por implantá-lo.

Atualmente, os controles de processo, discreto, de energia elétrica e o controle da segurança não precisam mais depender de tecnologias separadas.

Um DCS tem requisitos específicos, como a capacidade de administrar milhares de E/S com uma arquitetura altamente confiável e desempenho conhecido, e um conjunto detalhado de funções de programação para o controle de processo. Com um DCS moderno, tecnologias comuns (como servidores, estações de trabalho, controladores e redes) são aplicadas de forma a atender esses requisitos. Essas mesmas tecnologias de automação podem ser projetadas e configuradas para automatizar todas as outras funções de controle na planta como um todo.

O uso de tecnologias de automação comuns permite a integração perfeita de um DCS moderno com os sistemas comerciais e de chão de fábrica da empresa, criando mais oportunidades para a otimização de toda a planta. Adicionalmente, o uso de tecnologias comuns reduz o custo total de propriedade de um DCS moderno, que oferece:

  • Além de todos os recursos essenciais esperados de um DCS tradicional, a capacidade de controle e a otimização de toda a planta
  • Modularidade e arquiteturas modulares para atender requisitos específicos
  • Arquiteturas abertas, protegidas e baseadas em informações
  • Flexibilidade no fornecimento e suporte para o sistema

 

Controle e otimização de toda a planta

O controle e a otimização de toda a planta proporcionam um fluxo contínuo de informações entre todos os sistemas de automação, incluindo controle de processo, discreto, de segurança e de energia elétrica. DCSs tradicionais requerem grandes investimentos de capital na integração personalizada entre eles e os sistemas de controle distintos utilizados no restante da planta.

Um DCS moderno utiliza tecnologia de controle multidisciplinar e escalável, para fornecer uma plataforma de automação comum para a integração perfeita entre o DCS e o balanço da planta. Por exemplo, um DCS moderno pode se comunicar diretamente com outros controladores, sem o uso de pontes OPC ou outras interfaces personalizadas, mesmo nas bordas do sistema. Esses mesmos controladores podem ser aumentados para administrar todos os sistemas de automação, desde pequenos pacotes de sistemas a grandes aplicações de processo (Veja ilustração).

Esta abordagem proporciona melhor produtividade, reduz o consumo de energia e o custo total de propriedade.

 

Melhor produtividade

A produtividade é absolutamente crítica para qualquer indústria e crucial para o crescimento do investimento. Seus objetivos se propagam em cascata ao longo da organização. No entanto, mesmo sendo fator-chave, dos níveis superiores até o chão de fábrica, cada parte da organização vê a produtividade – e os investimentos de automação que a impulsionam – de uma perspectiva diferente.

No nível corporativo, a produtividade é definida dentro do contexto de se obter um Retorno sobre os Ativos (ROA) ou Retorno sobre o Capital Investido (ROIC). Os executivos estão focados em reduzir custos, melhorar o fluxo de caixa e reduzir o tempo de desenvolvimento – e, em geral, direcionar a Operação para atingir essas metas com os sistemas de controle e ativos existentes/antigos. Para atingir essas metas, a Operação procura maneiras de melhorar a utilização dos ativos ou a velocidade de giro dos estoques. A Engenharia fica encarregada de manter todos os ativos operando na capacidade máxima e com o máximo rendimento – e, muitas vezes, deve garantir que seus sistemas de automação sejam modulares e possam ser mantidos, a fim de serem implementados em várias plantas e com equipamentos diversos.

Entretanto, esses objetivos são difíceis de alcançar quando se têm sistemas de automação antigos ou diferentes. Utilizar um DCS moderno para habilitar os recursos de controle em toda a planta é, em geral, fundamental para melhorar a produtividade. Um DCS moderno é capaz de proporcionar maior visibilidade nos sistemas ERP, permitindo impulsionar a eficiência e a produtividade em todas as camadas da organização.

 

Menor consumo de energia

O setor industrial consome mais energia do que qualquer outro. Ainda assim, esse é um dos custos mais difíceis de administrar em um ambiente fabril. A capacidade de controlá-los pode resultar em economias significativas.

A maioria das companhias tem um passivo do seu uso de energia que é custoso. Elas o consideram como encargo ou custo administrativo e veem isso como uma porcentagem do custo operacional da empresa. Os recursos de controle de toda a planta de um DCS moderno podem ajudar a otimizar a produção e a utilização de água, ar, gás, eletricidade e vapor, ao longo de todo o processo de fabricação. Esses recursos fornecem informações para ajudá-lo a:

  • Medir e monitorar os dados do consumo de energia
  • Aproveitar os dados coletados ao decidir sobre soluções de gerenciamento da energia
  • Prever o impacto das alterações na produção devido ao uso da energia
  • Automatizar a produção para o uso ideal da energia
  • Prever e planejar a energia no custo do processo de produção (energia na lista de materiais)

Devido aos seus recursos de controle para toda a planta, um DCS moderno é capaz de se integrar facilmente com dispositivos de controle de motor – que consomem tipicamente mais de 60% da energia em qualquer instalação industrial. Ter a capacidade de coletar dados desses ativos críticos permite que você monte uma estratégia de gerenciamento de energia para provocar um impacto imediato e mensurável em sua eficiência operacional – e operar equipamentos com eficiência se traduz em grandes economias. Por exemplo, quanto mais informações você tem para acionar cargas com torque variável em uma aplicação ou para reduzir a corrente de pico de ativos rotativos críticos, maior será a sua capacidade de melhorar o consumo de energia dos equipamentos.

O nível de integração alcançado entre um DCS moderno e seus dispositivos de controle de motor resulta em informações que ajudam a criar maior disponibilidade da planta, reduzindo tempo não planejado de máquina parada, porque isso pode gerar intervenção manual ou automática antes de uma ocorrência – medidas preditivas e preventivas.

 

Custo Total de Propriedade reduzido

Fabricantes que utilizam um DCS moderno com recursos de controle para toda a planta ajudam a reduzir seu Custo Total de Propriedade. Se levarem em conta os custos do ciclo de vida associados a engenharia, estoques, treinamento, manutenção e assistência do sistema, além de suas futuras expansões, a economia pode ser substancial (Veja ilustração).

Para ilustrar um pouco mais o impacto de sistemas de controle distintos sobre o Custo Total de Propriedade, considere o seguinte:

  • Seus sistemas de controle são exclusivos e requerem assistência de um fornecedor específico? E quais são esses custos anualmente?
  • Quantos fornecedores são necessários para dar assistência aos diferentes sistemas de controle em sua planta? Eles são capazes de fornecer assistência no local, em tempo hábil?
  • Seus engenheiros, operadores e profissionais de manutenção precisam de treinamento para todos esses sistemas? E com que frequência?
  • Você possui estoque/peças de reposição para cada um dos seus sistemas de controle? E peças de reposição para equipamentos antigos, fora de linha?
  • Seus diferentes sistemas se integram facilmente com seus conjuntos de equipamentos ou são necessários tempo e recursos excessivos para a integração?
  • Você pode transferir informações em tempo real em sua planta com sistemas distintos? Como isso afeta a otimização e a produtividade?
  • Há taxas de licenciamento adicionais associadas a futuras expansões do sistema?

 

Escalável e modular

Flexibilidade operacional, troca rápida de produtos e operação simples são apenas alguns dos benefícios de um projeto modular de planta. Uma abordagem baseada em conjuntos de equipamentos permite que os equipamentos e a automação possam ser montados e testados antes do envio para a planta, melhorando a uniformidade e reduzindo o tempo de colocação no mercado.

Como os DCSs tradicionais foram montados quando as plantas eram construídas a partir do zero, esses sistemas eram projetados de forma exclusiva, eram fechados e não modulares. Eles possuíam um custo mínimo elevado devido ao uso de servidores e redes dedicados. Além disso, ofereciam normalmente uma única opção de controlador, concebido para ser ideal somente em aplicações de grande porte.

Integrar DCSs com sistemas diferentes montados em skids foi, e ainda é, muito caro. Esta integração geralmente envolve hardware e software adicionais, mapeamento de dados customizados (tabelas da verdade), configuração duplicada de IHM e licenças adicionais. Cada interface é personalizada, resultando em maior risco e um custo mais elevado para os serviços.

Estudos têm mostrado que o custo de integração é, em geral, de 50 a 70% do custo dos equipamentos reais montados em skids. Mesmo depois da integração, o usuário final precisa lidar com a experiência do operador dividida entre o DCS tradicional e os equipamentos em skid.

Por outro lado, um DCS moderno é montado para as necessidades dos usuários finais dos dias de hoje, fornecendo opções de faixas de arquitetura mais amplas e maior flexibilidade. Um DCS moderno combate o conceito de controlador "de um único tamanho”, ao oferecer uma plataforma de controle escalável, que possibilita o controle do tamanho adequado, com o custo correto – evitando a compra de capacidade de controle extra, custosa e desnecessária. Um DCS moderno também oferece recursos escaláveis de sistema, como IHM, gestão de bateladas e coleta de dados sem a exigência de um servidor ou de uma estação de trabalho – perfeito para conjuntos de equipamentos de processo.

 

Este projeto é ideal para implementações modulares, fornecendo opções de faixas de montagem mais amplas. Ao mesmo tempo, os custos de engenharia são reduzidos drasticamente quando as mesmas ferramentas de programação são utilizadas, independentemente do tamanho do sistema ou da capacidade de E/S. Monitores de IHM, alarmes, coleta de dados e requisitos de gestão de bateladas escaláveis podem ser fornecidos em pequena escala sem uma estação de trabalho ou servidor. Esse sistema de automação baseado em skids também pode se tornar parte da rede do sistema de controle da planta, se conectar com a IHM de toda a planta, com o histórico e com os servidores de gerenciamento de bateladas, tornando-se, assim, rapidamente integrado a um DCS moderno.

 

Aberto, habilitado para informações e seguro

O DCS não pode mais continuar como uma operação isolada. À medida que as indústrias se modificam para ganhar mais visibilidade de suas operações, sua necessidade de estabelecer um fluxo de informações contínuas, desde os dispositivos até o nível corporativo, tornou-se um requisito para os sistemas modernos de automação industrial.

Um DCS tradicional está normalmente limitado a uma única opção de servidores, estações de trabalho e switches de rede em redes fechadas. Isso dificulta o gerenciamento do suporte de TI e a integração aos sistemas comerciais. Tecnologias de TI mais recentes, incluindo computação na nuvem, telefonia celular e virtualização, são vistas, muitas vezes, como elementos perturbadores e conflitantes com a arquitetura de um DCS tradicional. Redes de comunicação improvisadas ligando-as a outros sistemas no chão de fábrica e em toda a empresa podem expor um DCS tradicional a falhas de segurança. Os riscos cibernéticos de fontes internas e externas aumentam com a facilidade de cada nova conexão, criando ameaças capazes de paralisar as operações do sistema de controle, segurança, produtividade e a capacidade de proteger os equipamentos, ativos e informações confidenciais da empresa, além de sua propriedade intelectual.

Um DCS moderno está aberto a servidores comerciais e estações de trabalho de prateleira, suportando a adoção de tecnologias de TI mais recentes para a automação. Ao racionalizar a empresa para uma infraestrutura de TI comum, as empresas podem minimizar riscos de segurança e melhorar a disponibilidade, protegendo, ao mesmo tempo, pessoas, ativos e informações. O nível de segurança é facilmente atingido investindo-se em sistemas de controle industrial seguros que fazem parte do programa de segurança patrimonial de toda corporação. Um DCS moderno trata a segurança industrial patrimonial desde o dispositivo individual no chão de fábrica ao nível corporativo, o que contrasta com a abordagem tradicional de proteger os sistemas da planta e da empresa separadamente.

Um DCS moderno é projetado com base em normas abertas, como EtherNet/IP, que tem capacidade de administrar uma faixa de aplicações industriais mais ampla, incluindo processo, segurança, sistemas discretos, energia elétrica e controle de movimento. Isso permite o uso de produtos de prateleira, disponíveis prontamente no mercado, porque eles atendem as normas e convenções IEEE 802.3 e TCP/UDP/IP. Isso ajuda a Operação e os profissionais de TI a trabalhar em conjunto na implantação e manutenção de uma infraestrutura da rede segura, confiável e robusta dentro de uma corporação e no ambiente industrial. Utilizar EtherNet/IP aumenta a flexibilidade, assegura compatibilidade e facilidade de integração de dispositivos em sistemas novos ou legados.

Ao reduzir a quantidade de tecnologias diferentes no chão de fábrica e ao fornecer redes abertas e protegidas, o DCS moderno facilita a tarefa desafiadora de integrar o chão de fábrica aos sistemas corporativos, obtendo um fluxo contínuo de informações, que se converte em maior visibilidade das operações da planta.

 

Fornecimento flexível e rede de suporte

DCSs tradicionais são implementados e mantidos, em geral, somente pelo fornecedor daquele DCS. Em alguns casos, isso resulta em longo tempo de espera para manutenção e custos mais elevados. A abordagem de DCS tradicional também requer que a planta mantenha diversos sistemas de automação distintos e a integração personalizada necessária para que estes funcionem em conjunto.

Com um DCS moderno, há várias opções disponíveis para implantação e assistência. Rotas de integração diferentes podem ser selecionadas dependendo da abrangência do projeto.

  • Envolver o fornecedor específico no comissionamento do sistema de DCS moderno pode ser benéfico para as indústrias. Isso ocorre, em geral, quando um usuário de porte muito grande opta por implantar o “mesmo” sistema em diversos locais em uma área geográfica ampla.
  • Fabricantes menores podem selecionar um integrador de sistemas de processo local com o qual tenham um relacionamento já estabelecido e conforme a disponibilidade de recursos locais.
  • Um usuário também pode depender dos fabricantes dos equipamentos de processo para fornecer a automação e os equipamentos, para aproveitar seus conhecimentos especializados específicos.

Em muitos casos, uma combinação de parceiros de fornecimento é necessária para atender os requisitos e o cronograma de um projeto. Um DCS moderno permite escolher entre uma vasta rede global de especialistas locais, incluindo uma equipe de fornecedor de DCS moderno, integradores de sistemas, parceiros, OEMs e profissionais de processo para o projeto, implantação, manutenção e assistência.

 Saiba mais sobre o moderno DCS da Rockwell Automation.

Automation Today

A revista Automation Today é uma publicação semestral da Rockwell Automation destinada a comunicar as tendências e soluções na área de automação industrial.