Revista Controle & Instrumentação Edição nº 202 2014
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Cover Page
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Automação com cautela e inovação |
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Há dois anos à frente da comissão técnica de au-
tomação da Associação Brasileira Técnica de Papel e
Celulose –
ABTCP
, o engenheiro Edson Strugo Muniz,
especialista da Klabin, frisa que também no setor de
papel e celulose as tecnologias de automação, instru-
mentação e informação têm o papel de otimizar as
operações e reduzir custos, com segurança, de manei-
ra sustentável.
“Diria que o principal desafio do
setor reside na atualização técnica –
das plantas e do capital humano. Am-
bos têm sido cada vez mais exigidos
pois o setor trabalha com plantas cada
vez mais enxutas”, diz Muniz.
A comissão técnica de automa-
ção da ABTCP mantém reuniões re-
gulares, ainda que seja difícil para
os participantes se liberarem para
estar presentes. “Estamos mesclando
nossos debates com o pessoal da co-
missão técnica de manutenção da as-
sociação e estamos tendo ótimos re-
sultados, como um recente encontro
na Bahia, que teve como foco dos de-
bates as diversas redes e protocolos de comunicação.
Foi bem vindo porque a indústria de papel e celulose
tem investido em novas máquinas e plantas, mas tem
pouca utilização de fieldbuses, ficando no tradicional
4-20mA”, comenta.
As plantas do setor de papel e celulose têm de fato
baixa utilização dos protocolos digitais de comunicação
em nível de instrumentação. A maioria mantém-se no
4-20mA, mas algumas já começam a usar o Profibus-
PA. E essa dualidade acontece mesmo dentro de uma
mesma corporação, que pode ter uma nova máquina
com rede digital e outra, também nova, em 4-20mA. E,
ao contrário do que se poderia pensar, as grandes má-
quinas utilizadas pelo setor não vêm com automação
embarcada. A automação é desenhada pelos fornece-
dores internacionais baseados aqui mesmo no Brasil –
e os fornecedores de tecnologia de automação ou de
informação também mantém no país subsidiárias e re-
presentantes para garantir o ciclo de vida dos hardwa-
res e softwares.
Muniz afirma que, mesmo estando há décadas
presentes no mercado brasileiro, as redes digitais ain-
da não ganharam a confiança das empresas de pa-
pel e celulose. E elas não aderiram porque são muito
cautelosas em relação à segurança e sustentabilidade
– mas também porque, ao contrário do apregoado, os
custos na utilização de um 4-20 mA e de um fieldbus
são muito parecidos. Então, o pensamento é: não vou
me arriscar a algo novo por tão pouco. “Isso acontece
porque não se analisa os custos ao
longo do tempo. No médio prazo,
há grande retorno do investimento
em redes digitais porque o gerencia-
mento de ativos, a visão online, os
próprios instrumentos inteligentes
se auto diagnosticando, e o impac-
to disso tudo junto na manutenção,
na segurança e na sustentabilidade
são inquestionáveis. Mas, na hora da
decisão, o volume de investimento
disponível é que acaba ganhando
e colocando os outros em segundo
plano. A coragem que algumas em-
presas estão tendo em implantar um
ou outro projeto em rede digital vai
acabar mudando isso, com certeza.”
Se ainda não é possível utilizar smart IO com 4-
20mA, não se pode dizer que o setor é de todo avesso
a novidades. O wireless, por exemplo, já vem sendo
utilizado eventualmente em medições de nível, em
tanques. Os fornecedores oferecem a tecnologia com
muitas variações e possibilidades, mas ela ainda está
concentrada em áreas longe da produção e para me-
dições com tempos mais lentos.
O conhecimento, o treinamento e a mão de
obra são pontos importantes para a escolha de no-
vas tecnologias no setor porque a impressão é que se
investiria muito tempo e dinheiro para preparar uma
equipe que sabe bem utilizar o tradicional. Então, se
novos algoritmos podem ser utilizados a partir da ca-
mada MES, a camada de instrumentação – base da
operação – não pode usufruir de dados que o 4-20
mA não disponibiliza, embora estejam lá! No entan-
to, o tradicional 4-20 mA começa a trabalhar lado a
lado, timidamente, com novas máquinas baseadas
em Profibus na rede elétrica/CCM’s. E, se para o 47
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pessoal da operação essa evolução tecnológica é de-
sejável, para a equipe da manutenção, é um facilita-
dor que viria em boa hora – já que as possibilidades
para a preventiva e a preditiva que as redes digitais e
as novas tecnologias agregam são comprovadamente
enormes. Mas a instrumentação da rede de campo
e sua medição não impactam na TI corporativa por-
que ela só vai interagir do controle pra cima. Um PI,
um Infoplus ou outros sistemas resolvem esse gap:
para a TI se o processo está trabalhando em 4-20
mA ou outro protocolo não interessa. Já para a ope-
ração, tudo fica mais rápido e detalhado com redes
digitais.
Embora o setor não tenha levantamentos oficiais
sobre a utilização desta ou daquela tecnologia de auto-
mação, a área de caldeira – crítica em todas as plantas –,
por exemplo, tem arquitetura híbrida porque costu-
ma trazer um SDCD na parte de controle, mas uti-
liza PLCs na parte de segurança, que nunca pode
falhar. De forma geral, as diversas áreas das plantas
de papel e celulose têm buscado otimizações que
as mantenham rentáveis e atendendo às demandas.
Isso significa planta consideravelmente menores po-
rém, mais complexas e sustentáveis. Entram aí di-
versos indicadores de performance que, no setor de
papel e celulose são muito voltados para os negó-
cios mas, com as atualizações de tecnologia que vem
sendo feitas aos poucos, o próprio corporativo vai
notar aqueles benefícios de médio prazo que pode-
rão surgir mais visíveis na comparação dos KPIs entre
máquinas novas e antigas, por exemplo. “Essa parte
envolve muitos softwares e o pessoal técnico os uti-
liza, como o Braincube que faz interface com o PI
(gerenciamento de informações) que coleta dados e
os analisa, mandando um relatório sobre como está
o processo e quais melhorias devem ser implemen-
tadas no curto prazo”.
Muito da informação está na camada de supervi-
são, que ainda acontece dentro do SDCD. A TI pro-
priamente dita está presente na camada de gestão –
ainda que os relatórios tenham alguma interface com
ela, assim como medições importantes como a de va-
zão de combustível por exemplo, porque o fornecedor
deve ser acionado em tempo para um novo forneci-
mento. Tudo de maneira automática – e só esse pe-
queno exemplo já deveria motivar a perfeita interface
entre TI e chão de fábrica/TA.
Na verdade, o setor de papel e celulose já estuda
a implantação de scheduling da produção e de forne-
cedores de matéria prima bem como os custos envol-
vidos de forma automática, ligados em cadeia a par-
tir de uma venda, por exemplo, e assim os softwares
corporativos já vão elaborando correlações e EBTIDAs
automaticamente.
Uma parte das plantas de papel e celulose que
tem recebido especial atenção tanto de TA como de
TI é a de utilities e energia, que emite relatórios diá-
rios para mostrar os porquês das variações de consumo
desses insumos tão caros – variações que podem ter
como causa defeitos em bombas, qualidade da polpa,
parada de caldeira, etc. A parte de utilities e energia
precisa estar otimizada e contar com softwares para
gerenciamento e análises de consumo de vapor e ener-
gia, tudo automatizado, ajustando, priorizando e oti-
mizando automaticamente o consumo e a distribuição,
sem influência do operador – tudo isso independen-
te se a instrumentação é 4-20 mA, Profibus, ou outro
qualquer.
Segundo Muniz, na parte de segurança e meio
ambiente, o setor de papel e celulose pode se con-
siderar atuante. “Com normas rigorosas para saúde,
meio ambiente e segurança, notadamente com maio-
res ações sobre NR-10 e NR-12, a comissão técnica de
automação da ABTCP realizou um encontro para focar
as melhores práticas e as dúvidas sobre o tema. Porque
os motores, na nossa área de atuação, têm muitos pon-
tos para observarmos. As máquinas mais modernas já
vêm com grades e toda a proteção exigida por lei. Mas
temos as duas realidades nas diversas plantas e esta-
mos trabalhando nisso. Temos como setor uma postura
pró ativa no sentido de controlar emissões e efluentes,
como o recente controle de gases não condensáveis,
que não poderiam ser lançados na atmosfera mas de-
veriam ser incinerados. As caldeiras mesmo têm mui-
to controle, e existem programas permanentes para a
redução e reutilização da água. A comissão técnica de
automação da ABTCP também aborda o impacto da
automação no meio ambiente eventualmente mas esse
assunto tem sua própria comissão na Associação”, afir-
ma Muniz.
Por ter tantas frentes de atuação, o setor de papel
e celulose há tempo trabalha com controles corporati-
vos que acabaram impactando a automação. A própria
implantação de um ERP traz vantagens como a elimi-
nação de funções em duplicidade e fluxos de informa-
ção mal definidos, otimização dos processos de toma-
da de decisão e principalmente a redução dos tempos
de resposta ao mercado. “A integração da automação
com o TI corporativo, diante da pouca relação da TI
com o chão de fábrica, se faz necessária e desejável.
E o setor vem trabalhando muito nesse sentido”, fina-
lizou Muniz. |
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Lwarcel Celulose
Compromisso com a sustentabilidade |
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Fundada em 1986 e com atuação marcada pelo
crescimento sustentável, a Lwarcel Celulose produz
anualmente 250 mil toneladas de celulose de euca-
lipto e abastece o mercado com matéria-prima para
a fabricação de papéis de imprimir e escrever, em-
balagens, papéis especiais e sanitários, no Brasil e no
exterior.
Toda a madeira consumida pela Lwarcel é prove-
niente de florestas plantadas de eucalipto, que contam
com investimentos contínuos e técnicas modernas do
plantio à colheita: as florestas plantadas da empresa
possuem o sistema de manejo certificado pelo
Forest
Stewardship Council
- FSC e são conduzidas visando
preservar a biodiversidade e os recursos naturais.
O crescimento da Lwarcel está baseado em
atitudes e princípios de gestão com foco no desen-
volvimento sustentável. A empresa é referência em
qualidade - ISO 9001, desempenho ambiental - ISO
14001 e eficiência energética, sendo autossuficiente
em energia elétrica a partir de combustíveis renová-
veis que geram energia e vapor para consumo pró-
prio e para venda ao mercado.
Marcelo de Oliveira Henriques do Carmo,
coordenador de manutenção, elétrica e automação
do Departamento de Manutenção e Engenharia da
Lwarcel Celulose, diz que o setor de celulose ainda
é muito conservador quando o assunto é a utiliza-
ção de redes inteligentes no chão de fábrica. “Atu-
almente,
redes como
Fieldbus Foundation
e
Profibus PA
são amplamente utilizadas nas indústrias petroquímica
e alimentícia, porém sofrem resistência em fábricas de
celulose e papel, onde predomina o convencional 4-20
mA,
com opção ou não do protocolo Hart”.
Já o controle e monitoramento da geração e
distribuição de energia elétrica (EMS –
Energy Ma-
nagement System
), através da integração de equi-
pamentos e dispositivos, é realidade nas fábricas de
celulose, utilizando-se principalmente do protocolo
IEC 61850. Da mesma forma, as demais utilidades,
como vapor, água e ar comprimido, são controlados
via sistemas automatizados (SMS –
Steam Manage-
ment System
e TCS -
Turbine Control System
, por
exemplo), permitindo a gestão e a conservação ener-
gética. Marcelo ressalta que além da gestão ener-
gética, a gestão ambiental também se beneficia da
integração de instrumentos analíticos, que permitem
o monitoramento
on line
das variáveis de controle
(TRS, CO, O
2
, SOx, NOx e particulado, por exemplo)
através de CEMS (
Continuous Emissions Monitoring
Systems
), principalmente na Caldeira de Recupera-
ção Química e Forno de Cal.
As áreas que não são ligadas diretamente ao pro-
cesso fabril só recentemente estão sendo beneficiadas
por sistemas inteligentes e automatizados como os sis-
temas de gerenciamento do manejo florestal (FS -
Fo-
rest System
), de análises laboratoriais (LIMS -
Labora-
tory Information Management System
) e de estoque de
celulose (WMS -
Warehouse Management System
) que
disponibilizam informações que, em conjunto com o
PIMS (
Plant Information Management System
) e com o
MES (
Manufacturing Execution Systems
), permitem a
rastreabilidade total dos processos.
“Em geral, todo processo industrial de produção de
celulose, desde o picador até o produto acabado, está
em constante avanço tecnológico e, consequentemen-
te, cada vez mais automatizado. E equipamentos com a
tecnologia
wireless
não são mais uma promessa para o
futuro, já são realidade em muitas plantas do setor. Isto
se tornou possível graças à simplicidade, confiabilida-
de e segurança, aliada também à diminuição de custos
(instalação e manutenção)
alcançadas com esta nova
tecnologia que aumenta
cada dia mais sua presen-
ça no monitoramento (lo-
cais remotos, sistemas de
vídeo, soluções móveis,
gestão de ativos, etc.) e
no controle de malhas
não críticas”, comenta o
engenheiro eletricista da
Lwarcel,
Gustavo Mar-
tins Galli. |
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Fibria Aracruz expande o uso da tecnologia
Wireless Hart |
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Após dois anos utilizando
a tecnologia Wireless Hart para
monitoração nas caldeiras de re-
cuperação, a Fibria testou e apro-
vou o uso do WiHart para contro-
le e comando de válvulas on-off
nas áreas de osmose e desmine-
ralização. O projeto previa a ins-
talação de mais de 180 monitores
de posição com solenoide incor-
porado modelo 4310 wireless da
Emerson.
A primeira fase do projeto foi
um sucesso pois depois de meses
de testes, ficou comprovado que
o sistema é robusto e o tempo de
resposta atende plenamente as
necessidades do processo.
A Fibria Celulose Aracruz pos-
sui três plantas industriais e uma
produção anual de 2.375.000 to-
neladas/ano na planta do Espírito
Santo. Para a operação das três
caldeiras de recuperação e duas
caldeira de força são necessários
tratamentos de água utilizados
para a geração de vapor. Das três
plantas de osmose e desminera-
lização duas têm redes de vál-
vulas que fazem a interface dos
elementos finais (válvulas) com o
controle (DCS).
As redes de campo existen-
tes estão com topologia em anel
e, mesmo possuindo redundân-
cia, apresentam um nível não
desejável de
falhas devido a in-
terferências. Então, a comunicação com as válvulas é perdida e
o processo é afetado, podendo
levar a uma falta de água des-
mineralizada para as caldeiras.
O desafio proposto à equipe da
Fibria e Insaut era garantir que o
sistema de comunicação ficasse
estável e que, em caso de falha,
o diagnóstico fosse de identificação rápida e com facilidade de
instalação, ao menor custo possível.
A solução proposta foi a substi-
tuição dos monitores de posição
existentes para o novo instrumento sem fio WiHart 4310 TopWorx
com solenóide, que pode reunir os
requisitos tanto da comunicação
quanto de custo do projeto e ga-
rante a estabilidade do processo e
dos diagnósticos.
A instalação foi fácil e rápida
bem como o start-up. Logo se re-
gistrou a estab
ilidade de comuni-
cação, reduzindo drasticamente o
custo de substituição de infraestrutura existente, reduzindo a quan-
tidade de conexões elétricas no
campo e nos elementos finais de
controle (válvula), evitando assim
a interferência do tempo de ação
a instabilidade de comunicação.
Os objetivos maiores – maior dis-
ponibilidade e maior capacidade
de assistência oper
acional – foram
alcançados rapidamente, o que cre-
denciou a tecnologia para outros
projetos: devido as vantagens de redução de custo de implementação e
tempo, a tecnologia sem fio WiHart
é uma realidade naquela planta da
Fibria e está sendo considerada para
os próximos projetos de melhoria e
otimização da empresa, que está
comprometida e atuante para oti-
mizar, de forma sustentável, todos
os seus processos.
O diretor da Insaut, João Leonardo Lima, comenta que o mais
difícil é o cliente decidir pelo pri-
meiro sistema, decidir utilizar a tec-
nologia, seja wireless ou outra novi-
dade. “Mas quando o cliente vê a
facilidade e a robustez do sistema
Wireless Hart, ele próprio começa a
vislumbrar novas oportunidades de
utilização porque o sistema é fácil
de aplicar, fácil de expandir e extre-
mamente confiável.” |
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