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FDI NA AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL

FDI Field Device Integration no Gerenciamento de Ativos na Indústria

A evolução nas conexões de dados industriais, é foco de nosso texto, grandes esforços e investimentos dos departamentos de pesquisa e desenvolvimento tecnológico estão criando novos padrões, equipamentos e softwares, permitindo pavimentar o caminho da Indústria 4.0.

Disponibilizamos três textos correlacionados, onde mostramos as novas tecnologias, o OPC-UA (OPC UA – Unified Architecture) , o TSN (Time-Sensitive Network) e o FDI (Field Device Integration), formando os novos padrões da conectividade industrial.

A transformação digital permitirá uma indústria mais inteligente, portanto mais eficiente, barata e segura, para que isso ocorra, a automação industrial tem grande papel nesta transformação, onde a Indústria 3.0, baseada na Pirâmide da Automação, se transforma nos Pilares da Automação, uma vez que Convergência, Padronização e Velocidade de dados, possibilitará que a Indústria 4.0 se torne uma realidade, rompendo as barreiras de interface, que hoje existem no modelo atual da indústria.

Quanto ao FDI, vamos falar sobre:

  • Conexão de dados de instrumentos de campo;
  • Ferramentas de Engenharia, Manutenção e Diagnóstico;
  • Gerenciamento de dados em rede industrial;
  • Convergência tecnológica de comunicação;
  • Padronização de conexões (solução aberta);
  • Evolução da conexão para IoT e Indústria 4.0.

Com o advento dos protocolos industriais e dispositivos comunicando em redes, o desenvolvimento de tecnologias que permitissem acessar dados, durante o funcionamento, para manutenção, comissionamento e monitoração, se tornaram uma realidade, as primeiras tecnologias foram baseadas em DD/EDDL em 2004, como evolução do conceito de acesso de dados, temos a tecnologia FDT/DTM em 2009 e sua evolução em 2015, com o FDI, esse é o destaque a evolução e vamos falar em mais detalhes de cada tecnologia.

EDDL Eletronic Device Description Language, é uma linguagem baseada em texto, os sistemas de automação acessam estes dados por um interpretador, é usada em forma binária DD Device Description (Hart e FF).

FDT/DTM Field Device Tool / Device Type Manager – é um sistema onde os fabricantes elaboraram os “drives” DTM (compilados) de cada equipamento e são acessados por um FDT (plataforma), o sistema depende de COM/DCOM.

Estas tecnologias têm algumas limitantes e novas demandas técnicas, podemos listar as principais:

  • Limites da EDDL por texto, limitante nas definições de dados e diagnósticos;
  • As DTM variam enormemente de fabricante para fabricante;
  • O FDT tem a dependência da COM/DCOM do Windows;
  • EDDL e FTD/DTM tem o mesmo objetivo, mas são divergentes nas soluções (como decidir?).

O FDI Field Device Integration – é uma tecnologia de comunicação de dispositivos de campo, usando rede de comunicação industrial, onde é utilizado o OPC-UA (Cliente-Servidor) unificando o modelo de informação dos dispositivos industriais.

Seus principais objetivos, como evolução dos sistemas EDDL e FDT/DTM, são:

  • Manter a compatibilidade com os sistemas legados existentes nas plantas industriais;
  • Unificar as especificações EDDL dos protocolos industriais compatíveis;
  • Manter o modelo compatível de acesso de dados via FDT.

As principais características desta tecnologia são:

  • Unificação – todas as informações (vertical e horizontal) se comunicam na rede por um único canal;
  • Padronização – independente do protocolo, o sistema permite troca de dados em diversas aplicações e níveis;
  • Interconexão – troca de dados entre equipamentos e aplicativos, utilizando rede industrial;
  • Interoperável – troca de dados entre fabricantes diferentes, compartilhando recursos;
  • Intercambiável – troca de equipamentos por outro fabricante, sem perder funcionalidade;
  • Extensibilidade – aumento de funções por agregação, sem perder o que já existe
  • Escalar – permite implantações pequenas e crescimento de acordo com a necessidade, com todas funções.

Os principais benefícios do uso do FDI, são:

  • Fácil de usar – ótima experiência para o usuário;
  • Robusto na instalação – a instalação dos drives não provoca alterações nos sistemas de automação;
  • Interoperável e em conformidade – compatível com as EDDL e experiência das DTM padronizadas;
  • Integrável e convergente – fácil trocar informações com níveis ERP e MES, por exemplo, usando o OPC-UA;
  • Manutenção de versões – compatível com versões anteriores de software e suporte as DD e DTM existentes.

O sistema do FDI se destaca por incorporar no em seu aplicativo as DP (Device Package), entenda como elas funcionam no servidor FDI:

  • DD Device Definition – faz a definição das variáveis e blocos funcionais
  • UID User Interface Description – menu dos equipamentos
  • BL Business Logic – organiza os endereçamentos dos equipamentos
  • UIP User Interface Plug-in – interface com o usuário (gráfico)
  • Dentro do DP pode-se anexar documentos dos devices

Quanto ao princípio de funcionamento do sistema do FDI:

  • O servidor FDI é quem concentra a comunicação com a rede, normalmente conectado em um controlador que faz o roteamento de dados;
  • No servidor FDI são instados os Device Package de cada equipamento, com suas definições, modos de acesso e interfaces;
  • A comunicação é feita pelo OPC-UA, permitindo que OPC-Client e FDI-Client acesse dados do servidor, utilizado em aplicativos de manutenção, monitoração, gestão (ERP, MES) e outros.

As arquiteturas dos sistemas de automação em rede, permite a conexão com o FDI, onde instala-se os drives de cada equipamento/fabricante, suportando diversos protocolos, já compatíveis no mercado.

Na operação, temos os servidores FDI, servindo dados para os Clientes, que poderão executar manutenção, operação, monitoração, engenharia, configuração, otimização e comissionamento com os equipamentos do sistema.

A aplicação de destaque do FDI está no Gerenciamento de Ativos, o sistema de automação, montado em uma rede industrial, agora com destaque a diversos padrões e protocolos, utilizando OPC-UA, pode-se executar todas as rotinas já descritas.

Com o FDI e a Indústria 4.0, o Gerenciamento de Ativos passa para um outro patamar de aplicação, incorporando novas ferramentas, podemos destacar as principais funções de um sistema atual e digitalizado:

  • Parametrização de equipamentos e dispositivos;
  • Análise on-line de status de funcionamento;
  • Controle de acesso de usuários;
  • Registro de alterações – rastreabilidade;
  • Avaliação de performance – índice;
  • Otimização de processo;
  • Gerencia dados para Cloud Computing;
  • Emite prognóstico usando Machine Learning.

Como continuidade na evolução da tecnologia, podemos destacar algumas tendências:

  • Serviços gerenciamento de dispositivos via FDI serem via Cloud com suporte do fabricante;
  • Equipamentos com OPC-UA Server incorporados, comunicando diretamente no Cloud FDI;
  • Protocolos e dispositivos de IoT (industrial), incorporarem a tecnologia FDI para gerenciamento.

Concluímos que o gerenciamento de dispositivos industriais (ativos) é uma realidade na indústria moderna, sua evolução está orientada na predição e prognóstico, via Cloud Computing, usando ferramentas de Machine Learning, para isso, a tecnologia FDI permite a interconexão entre dispositivos e sistemas, de forma simples e universal, aderente a Indústria 4.0.

GERENCIAMENTO DE ATIVOS COM PROTOCOLOS PROFIBUS E PROFINET

Como usar as informações das Redes Profibus e Profinet para Diagnósticos e Manutenção de Equipamentos de Automação

 

Gerenciar Ativos é a técnica de analisar se o investimento que foi feito no equipamento ou sistema está atingindo o seu máximo desempenho ao longo de sua vida útil.

O Ativo, em nosso caso, nada mais é que todo o hardware e software instalado na planta, com o principal objetivo de proporcionar informações e controle operacional da produção.

Como estamos falando de automação industrial, focamos a apresentação no uso da Tecnologia do Protocolo Profibus e Profinet, mostrando a capacidade de informação que esta rede permite em um sistema de automação, com o principal objetivo de permitir tomada de decisões na manutenção dos equipamentos da produção.

Nossa apresentação tem o principal objetivo de mostrar como o conceito e uso da rede, permite benefícios para ganhos reais de produtividade, utilizando-se destas tecnologias.

Também pontuamos algumas dicas de aplicação e arranjo das redes, além de sugerirmos uma ideia de implantação de um sistema.

Disponibilizamos o vídeo que é uma palestra do tema, além de uma apresentação que se refere ao mesmo conteúdo.

MIGRAÇÃO DE SISTEMAS LEGADOS

Atualização de Sistemas de Controle e Automação Industrial

 

É tema recorrente na área de manutenção industrial atualizar sistemas, modernizar sistemas, melhorar sistemas, e por ai vai, tudo com o mesmo propósito, dar longevidade aos sistemas existentes, conhecidos como Sistemas Legados.

A caracterização de um sistema que necessita ser atualizado, normalmente passa por um ou mais fatores abaixo relacionados, onde normalmente não se consegue mais:

  • Ampliar o sistema – não permite mais por motivos tecnológicos ou de custo
  • Integrar o sistema – não consegue mais fazer o sistema “conversar” com a rede da planta
  • Modificar o sistema – por falta de documentos, conhecimento ou código

Desta forma, temos o que chamamos de Sistemas Legados, que são sistemas que já operam na planta há algum tempo e estão nas seguintes situações abaixo:

  • Um sistema antigo ou ultrapassado
  • Apresentam documentação desatualizada
  • Difícil de modificar e entender

Os Sistemas Legados têm um alto impacto na manutenção industrial, se caracterizam como desafios, pois apresentam-se da seguinte forma:

  • Tem alto custo de OPEX – custo de operação e manutenção
  • São obsoletos – não permite manutenção
  • Não integra com os sistemas existentes

Vamos ver os principais problemas dos Sistemas Legados:

  • Hardware obsoleto, sem suporte ou peça de reposição;
  • Em geral na empresa não existe um entendimento completo a respeito do funcionamento;
  • Difícil encontrar pessoal especializado, aumentando o custo de manutenção;
  • Difícil integração com sistemas novos, barreiras tecnológicas;
  • Programação com linguagem e estruturação obsoleta;
  • Problemas de desempenho, estabilidade e disponibilidade são comuns nestes sistemas.

Então, qual seria a solução para os Sistemas Legados? Fazer a Migração, esta é a resposta técnica para este desafio. Logo, o que é Migrar?

Migrar é mudar, evoluir a tecnologia, mantendo a mesma função, com os seguintes benefícios:

  • Obter ganhos de performance
  • Adquirir novas ferramentas
  • Facilidades de O&M Operação e Manutenção

No caso dos Sistemas Legados, relacionamos a principal estratégia de migração:

  • Passar de um Sistema Inflexível para um Sistema Moderno
  • Passar de um Sistema Frágil para um Sistema Robusto
  • Passar de um Sistema Difícil de Manter para um Sistema a Prova de Futuro

Os sistemas a prova de futuro têm uma diretriz baseada na conectividade de sistemas, devendo ter a capacidade de comunicação vertical, isto é, ser capaz de entender variáveis no nível mais baixo de automação até o nível mais alto, dispensando conversões, utilizando a variável real e sendo disponibilizada em toda a rede de comunicação, de forma horizontal. Hoje temos o conceito de SOA (Arquitetura Orientada a Serviços) que é a base dos projetos modernos de automação.

Antes de pensar em Migração de Sistemas Legados é importante saber que, normalmente se cometem erros estratégicos para este tipo de solução, isso ocorre porque:

  • As ações são de curto prazo
  • Ataca-se problemas pontuais
  • Limita-se o escopo da solução

Conclusão sobre estes erros estratégicos, normalmente continuam os mesmos problemas, porém mais “sofisticados”.

Tipos de Migração nos Sistemas Legados de Automação:

  • Migração de HARDWARE
    • Atualização de PLC/DCS
    • Atualização de Drives de Acionamento
    • Atualização de Instrumentação

 

  • Migração de SOFTWARE
    • Atualização do Scada/DCS
    • Atualização Lógica e Controle
    • Atualização ferramentas O&M

 

  • Migração de INFRA-ESTRUTURA
    • Atualização de Servidores/PC
    • Atualização da Rede de Comunicação
    • Atualização do Sistema de Segurança

 

  • Migração de DADOS
    • Atualização de Banco de Dados
    • Atualização de Relatórios
    • Atualização dos Backups

O processo de planejamento para Migração deve passar por uma avaliação da planta existente, definir parâmetros e objetivos da atualização e focar na necessidade eminente, após isso “encaixar” a solução dentro das verbas de CAPEX e OPEX.

Para elaboração de um escopo de Migração, é muito importante estar baseado nas seguintes diretrizes, estas norteiam os projetos de automação atualmente:

  • Tecnologia a Prova de Futuro (comentado acima)
  • TCO Custo Total de Propriedade (CAPEX + OPEX)
  • Facilidades de O&M (Operação e Manutenção)

O principal roteiro de implantação dos Sistemas Legados, relacionamos abaixo:

  • Construir a estratégia da migração (AS-IS e TO-BE)
  • Mitigar os riscos do projeto
  • Contingenciar as ações de risco
  • Definir a estratégica de transição
  • Instalação e configuração do sistema
  • Comissionamento e partida da planta
  • Realização da transição (cut-over)
  • Operação assistida
  • Validação, backup e documentação

Considerando o projeto de Migração, a Transição é a etapa mais crítica, onde a interação com o sistema legado é cessada. Há três formas de efetivar a mudança:

  • Cut-and-run: Desligar totalmente o sistema legado e colocar o novo em operação;
  • Interoperabilidade serial: Substituição gradual e seriada dos módulos, por etapa;
  • Operação paralela: Ambos os sistemas desempenham as mesmas funções ao mesmo tempo, uma vez validado, há o desligamento total do sistema antigo.

Benefícios de Migrar Sistemas Legados:

  • Menos paradas no processo produtivo
  • Menor possibilidade de incidentes relacionado a segurança
  • Mais segurança e consistência nas informações

Vantagens na Migração dos Sistemas de Automação:

  • Sistema estruturado para crescer e se integrar ao controle operacional;
  • Previsibilidade de custeio e risco de manutenção;
  • Reavaliação e recuperação do conhecimento do funcionamento do processo;

Tendências tecnológicas da Automação na implantação de Sistemas Legados:

  • Sistemas com Gerenciamento de Mudanças
  • Sistemas conectados em Big Data
  • Foco na Cibersegurança

Concluímos que a melhoria contínua do aumento da produção, diminuição de custos e segurança na produção, passa pela atualização dos sistemas de automação.

GERENCIAMENTO 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.

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
  • 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

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.

Concluímos que, 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.