Aula 7 Projeto de Automação - feng.pucrs.br · PDF fileMemorial Descritivo do Processo ... como qualquer outro requisito de automação necessário Arquitetura de Sistema de Automação

FENG – ENGENHARIA DE CONTROLE E AUTOMAÇÃO

Implementação de Projetos de AutomaçãoAutomação Semestre 01/2015

Engenharia de Controle e Automação


Introdução

§ Na implementação do projeto de automação, o usuário define todas as seqüências operacionais (tarefas) que deseja ser implementada.

§ Estas seqüências decorrem de receitas de produção e de produção de sistemas, estabelecidas por especialistas no processo, por fabricantes dos equipamentos ou pela experiência própria do usuário.


Gerenciamento de Projetos

§ A estrutura padrão na gestão de projetos é focar no escopo, no custo e no tempo, isso chamamos de triplice restrição, estes três termos equilibram a entrega do resultado final com qualidade, o desequilibro de algum item deste, gera distúrbio no projeto, podendo comprometer o resultado.

§ Um projeto é dividido em fases durante todo o processo, onde podemosdistingui-las de acordo com as etapas abaixo:

§ Inicialização – fase onde se autoriza formalmente o projeto;§ Planejamento – fase de elaboração dos planos do projeto;§ Execução – fase da implantação, das tarefas, das ações;§ Monitoramento e Controle – esta fase é relacionada com as outras,

sendo o elemento da gestão dos itens de cada fase;§ Encerramento – são os aceites do projeto, as finalizações formais

de entrega ao cliente.


Projetos de Automação

§ Os projetos de automação industrial, pertencem a cadeira de fornecimento de bens de capital para industrial, onde podemos dividir em duas grandes etapas, a de planejamento e implantação.

§ A etapa de planejamento envolve basicamente toda a parte de estudos técnicos e viabilidades, incluindo a financeira, normalmente a técnica FEL Front End Loading é utilizada, também conhecida como técnica de Stage-Gate.

§ A etapa de implantação é especifica de cada área, em automação industrial podemos descrever em forma de fases e etapas.


Tipos de Projetos de Automação

§ EPCM (Engineering, Procurement, Construction Management) – Modalidade onde a empresafornecedora é responsável por todo o fornecimento de Engenharia, Compras, Construção e Gerenciamento do projeto;

§ EPC – Modalidade onde a empresa fornecedora é responsável por todo o fornecimento de Engenharia, Compras e Construção, normalmente o cliente final contrata uma empresa de gestãopara diligenciar a obra;

§ TURN KEY – Modalidade chamada chave na mão, é a entrega completa do sistema pela empresa, que normalmente é chamada de integradora, cujo foco somente é a automação do sistema;

§ MAC – Modalidade chamada de Contrato Principal de Automação, é uma modalidade parecidacom o TURN KEY, porém o fornecedor também tem a responsabilidade por infraestrutura e operação assistida, normalmente são contrato feitos por grandes empresas de automaçãoindustrial.


Execução de um Projeto de Automação

§ Projeto BásicoMemorial Descritivo do Processo –

Onde define-se a engenharia básica onde é especificado o escopo do projeto através da descric ão da concepc ão e fundamentos do processo, dos equipamentos característicos, do funcionamento da instalac ão

Matriz de Causa e Efeito –

Utilizado para mostrar o inter-relacionamento entre os eventos (causa) e as ac ões(efeito), que devem ocorrer de forma automa tica e controlada pelo sistema (SIS, SDCD etc.). Deve ser apresentada em uma forma matricial com as causas nas linhase os efeitos nas colunas.



§ Projeto BásicoFluxograma Preliminar de Engenharia –

Deve conter as malhas de controle, indicac ões, alarmes e intertravamentos, explicitando as func ões dos instrumentos e sua identificac ão (“tag”), localizac ão, tipode sinal de controle (pneuma tico, eletronico e digital), tipo da instrumentac ão de supervisa o (painel convencional, SDCD, CP) e va lvulas de seguranca e ali vio. Deveconter, tambe m, notas explicativas e recomendac ões ou exigencias do projeto ba sicoquanto à locac ão ou outros requisitos pertinentes à instrumentac ão. Deve indicarainda as interligac ões de intertravamentos e controles com as unidades fornecidasem “pacotes” e sistema de controle avancado.



§ Projeto BásicoMemorial Descritivo de Automação –

Destinado a definir as estrate gias de automac ão a adotar para um grupo de equipamentos ou procedimento de processo. Deve apresentar os requisitos funcionais de automac ão e controle, as interfaces previstas com outros sistemas, as lo gicas tipicas de controle e sequenciamento, assim como qualquer outro requisito de automac ão necessa rio

Arquitetura de Sistema de Automac ão e Controle –

Deve mostrar de forma simbo lica os equipamentos principais do sistema (SDCD, CP, Servidores de Dados, CP de Seguranca, STVM, STT, IHM, EMED, sistema anali tico, unidades “pacotes” e outros), sua localizac ão fi sica e de que maneira se interligam. Neste documento devem estar claros os tipos de redes, os meios de comunicac ão e os protocolos utilizados.



§ Projeto BásicoDiagrama de Controle de Processo

Deve conter detalhes das malhas de controle regulato rio com uma definic ão clara das func ões e ca lculos envolvidos, sua interligac ão com outras malhas, cascatas e “bias”. Deve ser elaborado quando o fluxograma de engenharia na o esclarecer completamente a func ão da malha.

Descritivo de Malhas de Controle

Deve conter explicac ões sobre o objetivo e forma de funcionamento das malhas de controle, bem como explicitar as equac ões, parametros e algoritmos a serem ajustados nas func ões envolvidas nestas malhas. Complementa e pode ser complementado pelo diagrama de controle de processo.


Descrição de Plantas Industriais

§ Fluxogramas e Diagramas de Processo

§ Para representar os processos industriais temos:§ Diagramas de Blocos;§ Diagramas de Fluxo do Processo;§ Diagramas de Tubulação e Instrumentação

§ Os três diagramas são meios de comunicação complementares, mas o P&ID ou P&I é indispensável para a comunicação entre os diferentes especialistas que colaboram nos processos contínuos industriais e com os engenheiros de automação.



§ Diagramas de Blocos

§ Neste diagrama as várias operações das seqüências de processamento são mostradas em blocos retangulares, interligados por flechas que indicam a seqüência de trabalho.

§ Este diagrama evidencia somente a seqüência das etapas do processo principal, mas não mostra os tipos de equipamentos detalhados.

§ Exemplo: processo de tratamento de minério de ouro.



§ Diagramas de Blocos



§ Fluxogramas e Diagramas de Processo§ O projetista deve transmitir de forma eficiente e segura o conteúdo

técnico dos processos industriais a serem automatizados.§ Há várias formas de representação gráfica de sistemas dinâmicos

que se assemelham aos esquemas dos circuitos eletrônicos.§ Estes esquemas, por meio de símbolos padronizados, mostram a

relação funcional entre os seus diversos componentes.§ Com isto o engenheiro pode entender e restaurar as condições

operacionais de um sistema que lhe é apresentado para a automação.



§ Diagrama do Fluxo do Processo§ Tem por objetivo em mostrar os principais equipamentos através de

símbolos de uso comum, normatizados ou especiais.

§ Devem mostrar as operações do processo industrial do início ao fim, e devem incluir todos os equipamentos principais e as tubulações de interligação dos mesmos.

§ Normas Utilizadas § ANSI/ISA–S5.1–1984 (R1992) – (2009)

Instrumentation, Systems and Automation Society (ISA): ISA 5.1 -Instrumentation Symbols and Identification.


Descrição de Plantas Industriais(Diagrama Fluxo de Processo)



§ Diagrama do Fluxo do Processo

§ Informações:§ Vazões nominais dos materiais;§ Ciclo operacional;§ Número de horas operacionais por ano;§ Especificações de produtos, subprodutos e matérias-primas;§ Consumo por unidade de produção de matérias-primas, subprodutos e

utilidades;§ Balanço e consumo de energia;§ Reações envolvidas e taxa de conversão, pureza, catalisadores etc;§ Impacto no meio ambiente, com identificação e quantidade de efluentes.



§ Diagrama de Tubulação e Instrumentação P&ID (Piping & Instrument Diagram)

§ Este diagrama permite mostrar uma fotografia completa do processo pois os desenhos de equipamentos, tubulações e instrumentos possuem riqueza de detalhes.

§ Um P&ID deve mostar:§ Todos os equipamentos, dispositivos de alívio de pressão, indicadores de

níveis, tubulações, caminho do produto, itens que afetam a funcionalidade do processo, tipos de conexões, instrumentos de medições, todas as malhas de instrumentos críticos, sistemas de purga,...



§ Diagrama de Tubulação e

Instrumentação P&ID (Piping &

Instrument Diagram)

§ Exemplo: Coluna de

destilação.


Simbologia


Locais de Montagem


Simbologia


Simbologia


Simbologia


Simbologia


Simbologia


Arranjos Típicos - Vazão


Arranjos Típicos - Pressão


Arranjos Típicos - Nível


Exemplos de Alarmes de Nivel


Exemplos de Malha de Controles



Documentos Necessários no Projeto de Automação

§ Listas de Instrumentos e de entrada/saída no CLP

Esta lista contém todos os instrumentos indicando o seu nome (tag) e a sua função relacionando com as entradas e saídas tanto digitais como analógicas no CLP.

A seguir seguem dois modelos de listas.



§ Listas de Instrumentos e de entrada/saída no Controlador



§ Listas de Instrumentos e de entrada/saída no Controlador



§ Diagramas de causa e efeito

§ Mesmo que tenhamos um P&ID de engenharia elaborado da forma mais completa possível, ele não pode incorporar toda a lógica do controle e dos Intertravamentos necessários.

§ Por isso ele costuma ser resumido nas Matrizes de Causa e Efeito, que fornecem para cada situação particular do processo o status desejado das válvulas, bombas etc.

§ A seguir segue um exemplo parcial.



§ Diagramas de causa e efeito


Projeto do Programa Ladder de Automação

§ Abordagem Estruturada da Lógica de Controle

§ Existem algumas recomendações para a fase do projeto de automação em que se elabora o programa do Controlador Industrial, visando não só realizar uma receita operacional definida mas também facilitar a partida real (start-up), a manutenção e qualquer aperfeiçoamento futuro.

§ A palavra chave é estruturação, significando:§ 1-Decomposição em tarefas (task), programas (programs) e sub-rotinas

(subroutines) no controlador e estrutura de dados nos sistemas de MES (Manufacturing Executing System);

§ 2-Segregação da lógica entre o controlador e os dispositivos inteligentes;§ 3-Regras de Segurança em cada subprograma;§ 4-Uma rotina de cópia das variáveis de entrada e saída, para variáveis internas.



§ Abordagem Estruturada§ 1-Decomposição em subprogramas

§ 1.1-Os subprogramas devem ser facilmente associáveis a etapas do processo automatizadas ou a grupos significativos de equipamentos. Um bom critério é o de agrupar equipamentos, sensores e atuadores que devam ser, na manutenção industrial, ligados e desligados simultaneamente.

§ 1.2-Caso: Onde se deve adicionar a linha do reator B? No subprograma de A ou no de B? No A fica a linha de solicita a transferência (leitura), porque são seus sensores

que indicam a prontidão para a transferência;No B fica a linha que comanda a ação de transferência, porque são seus

sensores e seus intertravamentos que indicam o momento adequado.§ 1.3-Temporizadores e Contadores: sua reiniciação (reset) deve ser feita no passo anterior àquele

em que serão utilizados.§ 1.4-A organização dos subprogramas em sistemas deve valer-se da forma de uma máquina de

estados, como um Grafcet ou SFC: os subprogramas são os “passos”; as transições de um “passo” a outro ficam, naturalmente, sujeitas às condições lógicas o projeto.





§ Abordagem Estruturada§ 2-Regra de Segurança:

§ É imprescindível que em cada subprograma haja instruções para o caso de ocorrerem defeitos em componentes ou falhas na evolução; o sistema deve ser então reconduzido ao “passo” inicial ou conduzido a um “passo” específico de tratamento de falhas.

§ 3-Rotina de cópia de variáveis:§ Deve executar o escalonamento de todas as variáveis de engenharia para

variáveis do controlador, ou vice-versa. Esse cuidado facilita muito as simulações e os testes, assim como eventuais alterações de programa.



§ Verificação de Programas§ Esta é uma importante fase de todo projeto de automação, seja em

Ladder, seja em SFC, seja em ST ou em Function Block.

§ Na figura abaixo estão representados os sinais de interface entre o programa aplicativo do Controlador Industrial e a planta industrial.

§ Na montagem do programa de automação o projetista visa que o Controlador Industrial execute operações lógicas e/ou seqüenciais, concebidas para produzir o que o usuário define como processo automático (uma receita).



§ Verificação de Programas

Sistema de eventos discretosPrograma do PAC/PLC

PAC/PLC

Planta IndustrialSistema a eventos discretos

AtuadoresInterfaces

SensoresInterfaces

SiEi

Comandos Externos

Estado Inicial




§ Para verificar que um dado programa irá cumprir o desempenho desejado, devemos aplicar todas as combinações e seqüências de entradas E; e constatando que o programa responde com os resultados desejados Sj.

§ Especialmente em processos mais complexos, há o perigo de se omitirem algumas combinações que de fato ocorrerão. Outro problema é a ocorrência de certas inversões na ordem dos eventos.




§ Uma boa solução para aumentar a visibilidade, a segurança e a facilidade da verificação é montar um segundo programa que simule a planta, isto é, que reproduza as relações de causa e efeito inerentes aos fenômenos da planta.

§ Programa Ladder de automação: Ei è Sj§ Programa de simulação da planta no computador: E’i è S’i§ Interconexões: E’j = Sj e S’i = Ei



§ Verificação de Programas§ A figura abaixo mostra o sistema de simulação completo, que pode ser

executado no computador utilizado para a programação Ladder, fechando uma malha formada pelo programa aplicativo de automação e pelo programa de simulação da planta, com as interconexões. Note que o programa adicionado para simular a planta representa uma realimentação (feedback) em trono do programa de automação.

Programa do PLCPLC

PLCPrograma Simulador do Processo

Sj=E’j

Ei=S’i

Comandos Externos

Estado Inicial


Perguntas?

Documents

Aula 7 Projeto de Automação - feng.pucrs.br · PDF fileMemorial Descritivo do Processo ... como qualquer outro requisito de automação necessário Arquitetura de Sistema de Automação