Flávio Bosco

Os executivos estão mais próximos do chão-de-fábrica, e os técnicos estão mais próximos do escritório – pelo menos virtualmente. É que a automação está bem integrada à área corporativa. Nos vários congressos do setor, o assunto é um só: a convergência entre as áreas de Tecnologia da Informação e de Automação – a chamada integração TI X TA e suas conseqüências para a operação e à manutenção.

Os desafios de produzir mais ou operar bem a planta já estão superados. A ordem agora é levar a planta para o lugar de melhor rentabilidade, na rota mais eficiente. A partir de agora o vocabulário passará a contar com um monte de siglas – MES, RTO e APC, por exemplo, já fazem parte do dia-a-dia de muita gente. E que logo terão a companhia de NMPC – uma versão não-linear dos Controladores Preditivos Multivariáveis – Scheduling, DRTO, auditoria de malhas de controle, e analisadores virtuais. “Há cinco anos éramos fortes na camada de operação e produção. Hoje participamos muito mais do business”, explica a gerente de Automação da Braskem, Márcia Cunha Silva.

Nada melhor, do ponto de vista empresarial, do que ter toda a cadeia – do suprimento de matérias-primas ao produto final – num único sistema, onde as informações de diferentes fontes correm pelos sistemas corporativos para dar subsídio a qualquer decisão gerencial. Imagine a possibilidade de o departamento de vendas enviar uma ordem de produção, e receber da produção um relatório descrevendo os números finais de consumo de matérias-primas, de energia e perdas. Integrar plantas industriais – às vezes localizadas até em outros países – em um único sistema tornou-se sonho de consumo do setor.

Mas só chega nesse ponto a corporação que tiver muito bem afinada todas as fontes de informação – que não inclui apenas um sistema de controle digital, mas várias camadas entre o ERP e o SDCD. A Braskem já adicionou duas camadas ao processo – uma de Controle Avançado (APC, do inglês Advanced Process Control) e outra de Otimização (RTO, do inglês Real Time Optimization) – em sua unidade de insumos básicos. E já finaliza a implantação da camada MES para reconciliação de dados. Duas refinarias da Petrobras já adotaram a Otimização: a Revap (já implementada) e a RPBC (em implementação).

Expôr os sistemas industriais num ambiente de rede também tem seu preço: a planta ficou mais vulnerável aos ataques de hackers. Aí entra em ação toda a arquitetura de segregação com firewalls, antivírus e gateways, autenticação de usuários e até o uso da norma ISO IEC 17999, de segurança da informação. Isso sem contar que o fluxo de informações geradas no chão-de-fábrica precisa ser consistente – porque todo o sistema dependerá, primeiramente, do ajuste fino na instrumentação de campo e no controle regulatório.

“O pessoal de automação está com um pé na TI e outro no processo. Temos a responsabilidade de fazer a diferença. Precisamos falar a língua do operador, do engenheiro de processo, do pessoal de TI, e do diretor, para convencê-lo a investir na automação”, comenta Márcia, uma das profissionais mais respeitadas entre os engenheiros de automação não só do setor petroquímico, mas de toda a indústria de processos.

O Controle Avançado – instalado logo acima da camada regulatória – calcula as milhares de informações que chegam da planta e indica a melhor condição operacional, como um piloto automático que mantém a produção na rota. A Otimização indica a direção. É só informar as quantidades e tipos de produtos e as características da matéria-prima que o sistema calcula um ponto de excelência – baseado nessas variáveis, o sistema busca a melhor condição de operação e se autocorrige em tempo real. O resultado é uma operação mais segura e estável, mais próxima dos limites dos equipamentos. Quer argumento melhor? A implantação do Controle Avançado e da Otimização significam produzir com o melhor desempenho possível, utilizando o máximo de sua capacidade. As referências mundiais indicam ganhos de 3,5% em produção com o Controle Avançado e de 2,1% com a Otimização.

Implantar qualquer um dos dois é um verdadeiro trabalho multidisciplinar. É algo que vai além de malhas PID, malhas cascatas ou malhas antecipativas: são projetos de controle associados caros, que não fazem parte de sistemas de controle, e requerem uma adaptação e customização para cada aplicação. A boa notícia é que alguns sistemas de controle, como o DeltaV da Emerson já têm os Controladores Preditivos Multivariáveis disponíveis como blocos – em moldes similares aos blocos de PIDs – embora há quem considere que a solução mais eficiente é ter o APC se comunicando com o sistema de controle através do OPC DA – caso da Yokogawa, que optou por não ter blocos para MPC em seu Centum.

“Particularmente para indústria de segunda geração, que produz mais de um grade de polímero com a mesma unidade, um tema de suma importância é a transição otimizada de grades e seu acoplamento com a programação de produção. Muitas empresas chegam a ter, na média, uma transição de grade por dia, e se o tempo de transição for reduzido e automatizado acarretará um aumento significativo na rentabilidade da unidade (de até 10%)”, comenta o professor Jorge Otávio Trierweiler, da UFRGS.

Essa transição de grades citada pelo professor faz parte de uma classe de problemas chamada de Dynamic Real Time Optimization – DRTO e que, ao lado das auditorias de malhas de controle, se mostram como as ferramentas com maior potencial de retorno imediato em relação ao investimento feito.

Os Controladores Preditivos Multivariáveis já são utilizados em refinarias e petroquímicas no Brasil há quase duas décadas – a Petrobras, pioneira nesse negócio, chegou a desenvolver três softwares próprios. “O benefício potencial estimado advindo da utilização de soluções de MPC nas refinarias da Petrobras é da ordem de US$ 60 milhões por ano, o que explica o grande interesse e investimento realizado nessa linha”, ressalta o diretor executivo da TriSolutions, Leandro Porto Lusa.

Um número como esse desperta interesse em qualquer empresa – por isso essa solução logo foi adotada pelas petroquímicas. Agora todas buscam implementar soluções para gerenciamento de malhas de controle – que visam garantir que o controle regulatório básico esteja operando satisfatoriamente.

Novas tecnologias

Se há uma coisa já consolidada nas plantas é a tecnologia de barramento de campo. Mesmo que ainda haja uma ou outra aplicação mais antiga, que ainda seja controlada com controle analógico ou mesmo pneumático, ela está com os dias contados. A tecnologia fieldbus está presente em mais da metade das plantas petroquímicas.

Chegou a hora de tirar proveito disso. A onda vem trazendo a implantação de softwares de gerenciamento de ativos que utilizam a informação de diagnóstico dos vários instrumentos espalhados pelo campo. Novas plantas já são construídas com uma solução de gerenciamento de ativos – exemplo da recém-inaugurada unidade de polipropileno da Braskem em Paulínia / SP – mas, mesmo as instalações que já operam há anos devem pensar como possibilidade em oportunidades e benefícios.

Adotar uma tecnologia, trocar um sistema, ou até mesmo promover um upgrade já não é tão complicado. A tecnologia melhorou e os preços de hardware e software estão mais acessíveis – então uma planta que dure 25 ou 30 anos não precisa rodar a vida toda em cima de um único sistema de controle. “Hoje o que faz diferença é o peopleware: ter as pessoas com habilidade e capacitação para fazer aquilo dar resultado”, comenta Márcia.

Tome como exemplo a tecnologia wireless – que promete redução drástica com custos de cabeamento. A adoção de equipamentos sem fio tornou-se atrativa para ambientes sem energia e de difícil acesso. Mas ainda encontra limites para aplicações de controle – embora os cuidados com a criptografia, autenticação e gerenciamento da comunicação já estejam previstos na norma ISA SP100, e os novos desenvolvimentos busquem redução de consumo de energia nos instrumentos ou aumento de capacidade de baterias. O desafio, na análise da engenheira, é ter pessoas capacitadas para implantar, operar e prestar manutenção.

Os sistemas de controle se transformaram no núcleo onde a indústria petroquímica fará a diferença sem aumentar a escala de produção. “Não há como melhorar seus processos e aumentar sua eficiência sem as ferramentas da automação”, finaliza Márcia.

A arquitetura que a Petrobras emprega em suas unidades de produção offshore é baseada no uso de controladores lógico programáveis para a implementação das funções de segurança e de controle. A companhia também tem a alternativa da implementação do subsistema de controle, por decisão do ativo envolvido, e então se utiliza a tecnologia Fieldbus Foundation. A interface com os sistemas em terra é implementada utilizando o Plant Information. Essa arquitetura constitui um padrão já consolidado nas Diretrizes de Projeto.

Mas, de exceção, o Fieldbus Foundation está passando a tendência: a utilização da tecnologia vem sendo utilizada em alguns projetos. E o Fieldbus Foundation tem mostrado vantagens em relação aos sistemas convencionais, como facilidade de instalação e configuração, independência de fabricantes, estratégia de controle no campo, redução de entre outros. Além disso, a tecnologia atende melhor aos requisitos ambientais impostos pelo Ibama e pela ANP.

A plataforma de Mexilhão 1 será a primeira a utilizar Fieldbus Foundation em todos os sistemas de controle, monitoração e medição de vazão. A unidade ainda está em construção, mas os técnicos já têm idéia dos principais atrativos da tecnologia Fieldbus Foundation: a possibilidade do controle implementado no campo, fazendo com que qualquer interrupção na comunicação com a sala de controle não interrompa o controle do processo, a menor necessidade de cabos, a configuração centralizada dos instrumentos, uma rede determinística que garante loops de controle sem atraso – sem contar na possibilidade de gerenciamento de ativos que leva à manutenção preventiva.

Apesar de toda essa novidade, continua obrigatório implementar a redundância completa no nível dos linking devices para loops de controle e medição de vazão, mas não para loops de monitoração – os linking devices são conectados de forma redundante, em hot standby, disponibilizando dois caminhos diferentes entre a camada de supervisão e a camada de campo, o que mantém o mesmo nível de disponibilidade alcançada pela rede analógica com PLCs redundantes em hot standby.

A arquitetura da plataforma foi desenhada para proporcionar um ambiente integrado, do campo à supervisão e, para isso, a Petrobras escolheu o sistema Windows e o OPC – uma tecnologia aberta para interconexão entre sistemas heterogêneos, tendo como vantagens a diminuição da quantidade de drivers proprietários necessários, a uniformização de tráfego, e a redução do uso de memória pela quantidade de servidores diferentes.

A infra-estrutura de rede foi pensada para suportar essas arquiteturas e basear os requisitos de segurança e excelência operacional da Petrobras, onde o sistema de intertravamento de segurança foi implementado através de sinais 4-20 mA com Hart/PLCs – e configuração das CPUs em hot standby — isso porque o estado incipiente de desenvolvimento de tecnologia para segurança de redes puramente digitais ainda necessita de requisitos estritos de confiabilidade e de tempo de resposta muito superiores aos das redes de controle.

A camada de supervisão foi pensada para suportar o intertravamento de segurança, no caso de PLCs de segurança e pacotes e controle e monitoração no caso de fieldbus, e para viabilizar uma troca de informações que gere uma operação segura, rápida e continuada da planta de produção da plataforma. Os servidores – de dados em tempo real RTDS e de dados históricos HDS – estão ligados à camada de supervisão. Os comutadores suportam redes virtuais e a comunicação entre estações obedece ao padrão aberto OPC. Essa estrutura de comutadores fornece um núcleo de comunicação redundante que funciona por meio de ligações internas de alta velocidade, como se fosse um comutador único de alta confiabilidade e que suporta os protocolos superiores. As redes virtuais têm o objetivo de segregação de tráfego num mesmo dispositivo físico, o que dá a vantagem do tratamento de cada “canal” ser diferenciado de acordo com sua prioridade, importância, velocidade e restrições de acesso e uso.

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