Reprovada em teste da Shell, ISA 100.11a vai para manutenção, mas tecnologia wireless segue crescendo

Liderado pela Shell Global Solutions, um teste utilizando um transmissor de temperatura do mar (com indicador em terra), realizado em Nice (França), colocou o padrão da ISA na berlinda.
Ainda que o teste tenha utilizado somente um terço
do padrão – que assume ser necessário utilizar 100% das recomendações para que o sistema funcione -, as transmissões não aconteceram ou conflitaram com outros elementos da norma, reforçando a posição de vários críticos do padrão, incluindo a própria Shell e o ANSI – America National Standards Institute.

Toda essa confusão veio à tona na reunião que aconteceu em paralelo ao Fórum da ARC, em Orlando: o padrão ISA 100.11a foi para manutenção e deve se aproximar da WirelessHart – que já detém de fato a liderança nessa briga e está a um passo de levar esse troféu por direito.

Os mais otimistas esperam que a ISA 100.11a retorne
mais robusta e revisada, numa versão mais funcional,
em outubro deste ano, durante a Automation Week da
ISA, em Houston. Pode demorar um pouco mais já que, até o Comitê responsável pela ISA 100.11a formatá-la em agosto do ano passado, existia uma discussão interna sobre a “cara” que a norma deveria ter-se mais parecida com o Zigbee, com o OneWireless ou com o Wireless- Hart. E quem conhece os primórdios dessa contenda – que remonta a um pedido do Governo Bush para que a indústria tivesse um padrão wireless -, sabe que as coisas não são tão simples.

Um ponto a favor do entendimento sobre a cara da
norma é o fato de que as empresas que participaram da mesa redonda sobre o assunto no Fórum da ARC – Shell, Chevron, Exxon, Basf e BP – sugeriram que o mercado adotasse uma norma única, testada, para implantar o wireless. É bom ter em mente, contudo, que a BP é pioneira no uso da tecnologia – a Emerson lançou sua linha WirelessHart com um case da BP, há três anos, durante seu encontro anual de usuários. E deve ser a própria Emerson a liderar esse rearranjo da ISA 100.11a com o WiHart, via subcomitê de convergência wireless Hart ISA 100.12.

“A Emerson está liderando uma proposta – com a
ajuda das maiores empresas do setor de óleo e gás – para criar uma especificação para a convergência que vai fazer a ISA 100.11a funcionar com exatidão, como o WiHart. A ISA 100.11a nunca definiu um perfil para a camada de aplicação. Tudo que estamos fazendo é definir esse perfil de forma que englobe todos os 936 parâmetros da ISA 100.11a e adicionar funcionalidades que se comportem identicamente às dos instrumentos de campo WiHart– tanto que um gateway WiHart não vai notar a diferença”, comenta José Gutierrez, diretor de tecnologia do Grupo Emerson.

Jim Aliperti, diretor de vendas da Honeywell do Brasil,
lembra que é necessário entender o processo de padronização para entender essa situação corretamente. Para garantir para o mercado que um padrão foi feito de acordo com as boas práticas de normatização uma organização independente certifica que o processo de elaboração daquela norma é correto e que a norma é passível de ser classificada como uma norma pública. Jim Aliperti frisa que essa organização não emite nenhuma opinião sobre o conteúdo técnico da norma, apenas sobre a forma como a norma foi elaborada.

“É o que acontece com a WirelessHart e o IEC - o IEC certificou a WiHart como norma pública - ou seja, a Hart Foundation consultou o mercado de forma correta, deliberou sobre a norma de forma equitativa, votou democraticamente, escutou todo mundo que devia etc. Isso é um passo importante para dar credibilidade à norma mas não transforma a WiHart uma norma da IEC. E, quanto a OneWireless, ela nãoé independente, adota a ISA 100 como padrão. No caso da ISA100, o WCI - Wireless Compliance Institute - órgão independente que tem um processo de teste para verificar se um produto está ou não em conformidade com a norma ISA100 -, certificou o OneWireless como ‘compliant’ com a ISA100”.

“Além de ser definido pela Hart Foundation, o WirelessHart deve ser aprovado pelo International Electrotechnical Commission – IEC ainda em março”, destaca o diretor de sistemas da Emerson Process no Brasil, Claudio Fayad.
O ANSI também rejeitou a ISA 100.11a por questões
de procedimento e, com o levantamento da Shell, o
Comitê da ISA decidiu não submetê-la novamente. Criou uma força tarefa para “refazê-la” e só então tentar de novo. Um programa otimista prevê que isso esteja pronto em outubro e então serão necessários mais três meses para a aprovação do ANSI e outros tantos para a do IEC.

Jim Aliperti ressalta: “É necessário entender que devido o alcance deste padrão o mesmo é composto de
diversas partes, algumas das quais ainda estão no Comitê em votação. É uma família de padrões. A parte que diz respeito à rede de instrumentos sem fio, ISA100.11a, é uma padrão votado, aprovado e publicado. Existe um membro da família que se chama ISA 100 parte 12 que trata da convergência com WirelessHart.

A família ISA a que Jim se refere é: Sensor mesh
ISA100.11A release 1; Asset Tracking (pessoas e ativos) ISA100.21; Mobile worker (Handhelds); Outros dispositivos WiFi ISA100.15; Coexistência com outros padrões Wireless (WiHart) ISA100.12; Interface com redes cabeadas (FF, Profibus, Modbus etc) ISA100.15; Back-Hual Backbone ISA100.15.

Mais que um boato, contudo, é o fato de que os
usuários já se sentem mais seguros com a tecnologia wireless: a WINA Wireless Industrial Networking Alliance fez uma pesquisa que mostrou que 50% dos entrevistados ainda se sente um pouco inseguro em utilizar a tecnologia mas o restante considera o wireless tão ou mais seguro que os sistemas cabeados. O levantamento também mostrou que os usuários não acham que a marca do instrumento wireless decide a compra e que o crescimento na utilização da tecnologia – de 5% para até 30% em cinco anos – prova que ela veio pra ficar.

Bob Karschnia, vice presidente para wireless da Emerson Process Management, acredita que os sistemas sem fio devem abocanhar uma boa parcela das plantas, mas os sistemas cabeados têm um nicho garantido – e em alguns anos, essa mistura deve ficar em 80% wireless e 20% wired. O wireless só está aquecendo os motores: estima-se que somente 10% dos 30 milhões de equipamentos Hart estão utilizando a nova tecnologia! Kaschnia ressalta os ganhos comprovados pelos usuários wireless – fácil engenharia, mais simples construção, start up flexível, possibilidade de responder a mudanças mais rapidamente e até 36% de economia comprovada por Dan Daugherty, consultor da Emerson, cujo estudo calculou a economia gerada com instrumentação wireless, em relação a instalação de rede 4-20 mA com cabeamento tradicional e placas de I/O.

No encontro mundial de usuários da Emerson do
ano passado, Emerson Global Users Exchange, John
Dolenc, também consultor da Emerson, apresentou em
detalhes um estudo sobre o potencial impacto da tecnologia wireless na construção de uma nova planta de hidrotratamento. Ele mostrou que a tecnologia wireless pode reduzir o custo total dos instrumentos de monitoração.

No hidrotratamento idealizado, 44% dos pontos
de medição podiam ser wireless, o que os tornaria cerca de 41% mais baratos em comparação com os cabeados. Esse estudo comprova que a tecnologia wireless não precisa ficar restrita ao número limitado de cenários onde o custo é proibitivo ou onde seja impossível implantar cabos.

A economia de cabos e conduítes é fácil de ser notada e faz parte de qualquer sistema wireless. Mas, diferente de um sistema ponto a ponto ou em linha livre, o wireless mesh elimina também os custos (e o
trabalho) do levantamento detalhado da planta: precisa apenas de instrumentos suficientes para levar as mensagens. Para desenhar uma rede mesh, pegue um desenho em escala da planta (uma imagem do Google Earth serve também) e estabeleça sua rede manualmente ou através de uma nova ferramenta da Emerson, o AMS Wireless SNAP-ON. Pra fazer manualmente, pegue o desenho em escala e faça linhas nas áreas onde quer instalar a rede.

Então marque os instrumentos que deseja colocar na área mantendo uma distância de cerca de 230 metros (sem obstáculos), 75 metros (com obstáculos moderados) ou 30 metros (para áreas com estruturas pesadas). Para um bom desempenho, cada instrumento deve poder se conectar com outros três em várias direções. Se um instrumento não puder se conectar com outros três, coloque um outro medidor ou um extensor para tornar a conectividade mais robusta. No caso de haver um prédio ou uma planta inteira entre os instrumentos, use outro gateway - isso também deve ser feito quando a rede cruza uma sala fechada.

Os projetos desenvolvidos em arquitetura mesh estão
em alta. E, embora a chance de falhas seja reduzida
com a adoção de distâncias máximas entre transmissores e receptores e a comunicação visual entre os dispositivos, a tolerância a falhas e a confiabilidade da transmissão leva a adoção da comunicação entrelaçada baseada na nuvem de irradiação. Esse tipo de desenho permite a continuidade da transmissão dos dados mesmo que um
obstáculo interrompa o sinal direto. Isso porque, cada
instrumento também funciona como roteador – e o sinal emitido por um equipamento sai buscando rotas alternativas até encontrar o ponto de recepção final.

Nesse sentido, o índice de confiabilidade da rede cresce na proporção do número de instrumentos – quanto mais instrumentos, mais densa, e com mais caminhos
alternativos, torna-se a rede. Aplicações mais avançadas permitem até fazer um mapeamento com a localização de todos os instrumentos, e encontrar os chamados pinch point – gargalos onde a informação só possui um caminho – para realocar os repetidores.

Outra inovação é a chamada Frequency Hopping
Spread Spectrum - FHSS: quando há interferência que
impeça a comunicação na frequência programada, o instrumento busca outra banda para operar. Uma característica da rede Mesh com WiHart é o channel hopping: quando há interferência que impeça a comunicação na frequência programada, o instrumento busca outro canal dentro da banda para operar.

Fayad lembra que, como normalmente o tempo de
atualização é maior do que quatro segundos, não haverá nenhum impacto no monitoramento, mesmo que a retomada desse caminho leve um ou dois segundos: mesmo não apresentando componentes de redundância, é uma rede redundante por natureza, porque tem múltiplos caminhos até o gateway.

O engenheiro William Kishi, ligado à Coordenação
Técnica da Yokogawa, ressalta que nenhum sistema é
imune à perda de sinal – mesmo a instrumentação convencional. A diferença é que o fio não pode alertar um operador sobre um problema nele mesmo, enquanto os links de comunicação permitem saber que os dados não estão sendo transmitidos devido a uma perda de sinal entre um escravo e o mestre. “Além disso, em caso de falha de comunicação, o escravo vai controlar suas saídas com base na condição default de segurança contra falhas”.

Algumas empresas já começam a adotar o wireless
até para controle – como em um projeto desenvolvido
nos laboratórios da Universidade do Texas, com uma coluna de destilação, em que o algoritmo PID foi alterado para acelerar o tempo de envio das informações. E na unidade de carboderivados da Elken, no Espírito Santo, onde há mais de um ano faz controle em malha fechada de temperatura do aquecedor indutivo com desempenho superior ao controle cabeado que sofria interferência eletromagnética, conta Leonle Bertuso, responsável por wireless na Emerson do Brasil. “Em alguns casos, adotamos a instrumentação wireless para controle de temperatura e pH, onde o tempo de resposta pode ser menor do que 4 segundos”, conta.

Leonel adianta que os equipamentos terão uma funcionalidade que se pode chamar de reporte por exceção - atualmente apenas o transmissor de pH possui. Isso funciona da seguinte maneira: o transmissor tem uma taxa de comunicação, por exemplo, de 60 segundos. Porém em uma determinada faixa de medição, o processo começa a ficar mais crítico e a taxa de 60 segundos não é mais aceitável. Então o transmissor, automaticamente muda a taxa para 1 segundo. Ou seja, a cada segundo
ele transmite, fazendo assim um controle mais preciso da malha.

E pelo fato do WirelessHart se comunicar por rotas diferentes (mesh), esse sinal teria maior confiabilidade pois teria redundância na comunicação.
No Brasil, uma das instalações da Emerson Process
monitora a pressão, temperatura e vibração de dois dos quatro compressores na Unidade de Compressão da Petrobras (ES) – é uma rede mesh coletando dados e enviando a um gateway interligado ao sistema de manutenção preditiva. Nesse caso, instalar um sistema de monitoramento significaria eliminar as rondas dos operadores que coletavam os dados manualmente – e a opção pelo sistema adotado significou uma economia de US$ 200 mil em relação a uma instalação convencional com cabos e eletrodutos.

“A tecnologia Wireless é, de fato uma ferramenta
chave para muitas aplicações, inclusive as ‘verdes’ – seja pela redução da fiação e suas consequências, seja pelo produto em si. Aqui na Emerson estamos trabalhando em um projeto de planta limpa de carvão que utiliza gaseificação de carvão supercrítica. Essa tecnologia requer o uso de altas temperaturas onde o cabeamento não dura muito. Com nossos instrumentos WiHart gerenciar esse ciclo de gaseificação é fácil. E de maneira similar, nas biorefinarias e todo tipo de tecnologia de combustível alternativo, o Wireless é importante para tornar atraente o custo de se monitorar e controlar os processos. Sem o wireless, o ROI de processos ‘verdes’ não consegue competir com o dos combustíveis já estabelecidos”, lembra Gutierrez.

A própria Petrobras tem um estudo referente a instrumentação de uma unidade de hidrotratamento, que aponta economias mesmo no caso de uma planta nova. “Embora estudos deste tipo sejam interessantes, não focalizam o cerne da questão, que não é o custo de uma alternativa contra a outra, mas a resistência natural ao uso de uma tecnologia nova, e até certo ponto revolucionaria, e as limitações reais que a instrumentação sem fio tem quanto aos tempos de atualização ou consumo de bateria.

A maioria das instalações atuais ainda está nos casos
onde a solução sem fio resolve um problema específico
muito melhor que a alternativa convencional”, avalia James Aliperti. E esse melhor tem a duração da baterias... Segundo a WINA, os roteadores Zigbee precisam de alimentação por fio e seus instrumentos têm baterias que duram cerca de dois anos. No WiHart, a duração das baterias é de cinco a sete anos, mas o consumo pode ser gerenciado por instrumento. E todas as empresas estão atrás de baterias mais duradouras e outras formas de alimentação, como os painéis solares.

“Uma preocupação entre alguns engenheiros é a
possibilidade desses dispositivos wireless serem tão pouco confiáveis quanto os telefones celulares e o receio é de que quedas de ligação ou comunicações não recebidas possam causar problemas de segurança ou produtividade nas plataformas”, explica o professor Dennis Brandão, especialista em comunicação e informática industrial da Universidade de São Paulo.
Steve Toteda, presidente da WINA, contudo, afirma
que o wireless é mais seguro que os sistemas cabeados porque utiliza de maneira profunda a criptografia e elimina instrumentos não autorizados da rede.

Hoje, até mesmo os sistemas cabeados podem tirar
mais proveito de seus instrumentos inteligentes graças aos adaptadores disponibilizados. Afinal, novas tecnologias proporcionam grandes mudanças não por si mesmas, mas devido a sua funcionalidade que agrega valor.

“Mesmo com todos os benefícios de uma planta digital, ainda existem oportunidades inexploradas para se alcançar novos níveis de performance do processo. Informações valiosas que poderiam incrementar a
produtividade podem estar sendo ignoradas por terem
um custo elevado para acessá-las ou até mesmo tecnicamente impraticável.

Wireless é a tecnologia que provoca o rompimento de barreiras e paradigmas proporcionando uma grande mudança na automação de processo e que abre espaço para novas oportunidades e implementação de melhoria da performance”, comenta Leonel Bertuso.

A grande aceitação que a tecnologia wireless vem
tendo deve-se a sua capacidade de possibilitar o gerenciamento e acesso a mais informações ao redor da planta, mais facilmente e a um custo relativamente baixo.

E a tecnologia wireless não deve substituir completamente a convencional, apesar de já resolver problemas que não seriam viáveis se implementados totalmente a cabo. Leonel recomenda, dentro da postura de melhores práticas, a combinação das tecnologias disponíveis atualmente para automação de processo. E lembra que existem os adaptadores que formam um sistema híbrido - bom para começar a lidar com a nova tecnologia.