Edição 86 - Controle & Instrumentação

Ter uma empresa preparada para enfrentar a concorrência não é fácil. Quando se fala em preparada tecnologicamente, o assunto torna-se mais complicado ainda. “As indústrias brasileiras estão passando por um choque tecnológico. É uma realidade. Ou elas se automatizam e entram num alto nível de automação para competir em um mercado globalizado – o que significa efetuar altos investimentos –, ou vão morrer”, ressalta o vice-presidente executivo da Realcafé, Raimundo de Paula Soares Filho.

Para não “morrer” neste mercado globalizado, em dezembro de 2001, a Realcafé - tradicional empresa produtora de café solúvel localizada no Espírito Santo, que até então mantinha uma produção 100% manual - decidiu dar um importante passo rumo à modernização: iniciou a implantação do programa de automação de sua fábrica.

Depois de fazer um levantamento sobre as mais recentes tecnologias, qualidade, custos, ganhos, entre outros quesitos, a empresa - que exporta 98% de sua produção - fechou um acordo com a Emerson Process Management para a automação de toda a planta. “Pedi à Emerson que colocasse no papel o custo do projeto, o preço da automação inteira da planta, que levaria cerca de dois anos para estar completa.

Desta forma, consegui ter um planejamento do investimento no longo prazo”, destaca Raimundo.

A Realcafé fez um investimento global de ampliação, automação e modernização correspondente a US$ 8 milhões. “O mais interessante para nós, foi que a Emerson se dispôs a nos transferir todo o know-how da integração. Este foi um fator de economia importantíssimo porque, com ele, consegui reduzir significativamente os investimentos originalmente propostos”, destaca Raimundo.

O receio, segundo ele, era de que a empresa ficasse num nível de tecnologia que não permitisse a competição com determinados países que estão em fim de implantação de novas tecnologias, como China, Indonésia e Vietnã. “Hoje, posso afirmar que tenho uma fábrica altamente competitiva - tecnologicamente falando. Em termos de escala, por exemplo, de agosto pra cá, nós dobramos a capacidade de produção e reduzimos o número de funcionários”.

O marketing foi outro fator de grande influência nas decisões referentes aos investimentos em novas tecnologias. Raimundo comparou a planta da Realcafé a um restaurante. “Se você vê, através de um painel de vidro, uma cozinha caindo aos pedaços e em péssimas condições, pode oferecer a melhor comida do mundo mas você não vai comer. Uma fábrica de alimentos é como a cozinha de um restaurante e nós estamos investindo para melhorar cada vez mais. O resultado é tão positivo que, de janeiro pra cá, o potencial cliente que colocou o pé na fábrica, fez algum negócio conosco”, enfatiza Raimundo.

Atualmente, a Realcafé possui cerca de 120 funcionários (sem contar a parte de torrado e moído, considerando que são duas fábricas separadas) para produzir cerca de 12 mil toneladas/ano de café solúvel spray-dried e aglomerado. Há cerca de 12 anos, a fábrica possuía 440 funcionários para produzir 3.500 toneladas/ano. “ Há clientes que desistiram de projetos de ampliação de suas fábricas para comprar o nosso produto”, diz.

O projeto de automação da Realcafé começou a ser implantado com o Caféduto, na linha de processo. Ele possui 150 metros e leva cerca de 17 toneladas de café verde por hora, dos armazéns da Triscafé - empresa do mesmo grupo - até os torradores.

Como a fábrica está localizada da montanha para baixo, o próprio processo vem caminhando de cima para baixo. “A automação começou pelo café verde e foi descendo”.

Hoje o processo continua, mas, 95% da fábrica já está automatizada. “Falta basicamente a automatização de parte das linhas de extração e da planta de torrado e moído. Queremos integrar tudo ao sistema gerencial de controle ERP, toda a parte de rastreabilidade, automação de lotes de processo, e outros. Temos uma série de informações adicionais que precisam ser organizadas, como na parte de controle de estoques, que já estamos concluindo, onde o produto já sai do sistema de pesagem, recebe uma etiqueta com um código de barras e passa pela leitora. Tudo integrado ao sistema ERP”, explica. O objetivo, de acordo com o vice-presidente, é estar com a fábrica 100% automatizada no primeiro semestre de 2004.

A Realcafé possui duas linhas de produção totalmente independentes, o que permite a produção de produtos diferentes em cada uma. A linha de tanques nº 1 está no quarto andar, o que permite que boa parte da transferência de extrato entre os tanques seja feita por gravidade. Já a linha de tanques nº 2, localizada no segundo andar, é mais moderna e nela a transferência é feita por meio de um sistema de bombeamento.

“Em toda a planta você pode fazer mais de um tipo de café em tempos diferentes.

Tudo depende do PCP (Planejamento de Controle da Produção), e de como os pedidos de compra são colocados”, diz Raimundo. O vice-presidente explica que existe uma seqüência planejada de produção. “Para mudar determinado padrão, basta clicar no computador que serão gerados os dados necessários para produzir determinada receita de café solúvel. Está tudo dentro de um banco de dados”. Os pedidos de produção são feitos por intermédio do Departamento de Vendas, e desta forma é montada a seqüência de entrega, que gera o PCP, enviado para a sala de controle, que finalmente segue a ordem solicitada. A empresa produz somente o que já está vendido; seus produtos são feitos sob encomenda, em receitas específicas para cada cliente.

Padronização: a escolha dos medidores

Medidores Coriolis estão em diversas áreas da fábrica. Única canexão ao processo reduz de montagem e instalação

Uma outra decisão importante na automação da Realcafé foi a escolha dos tipos de medidores a serem utilizados. Os medidores Coriolis, fabricados por uma das divisões da Emerson Process Management, a Micro Motion, foram os escolhidos. Atualmente a Realcafé possui cerca de 800 válvulas, 300 motores e, só na automação das linhas de extração, cerca de 250 válvulas. Em toda a fábrica estão instalados 12 medidores Coriolis, além de outros medidores de vazão e temperatura.

Segundo o diretor comercial da Insaut - empresa representante e integradora da Emerson, responsável pela automação na Realcafé-, João Leonardo Lima, o Coriolis tem uma grande vantagem: a de ser um medidor multivariável. “Com um único instrumento, com uma única conexão ao processo, você reduz custo de montagem - porque você só tem um equipamento -, e reduz custo de instalação. Juntando o Coriolis ao Fieldbus Foundation consegue-se trafegar mais de uma váriavel. E ainda com o Delta V, consegue-se requisitar estes dados e processá-los”, diz.

Os medidores Coriolis estão em várias áreas da fábrica. Como a medição de brix é muito importante neste tipo de processo, o café é trabalhado em cada uma destas etapas com um medidor. “Temos o exemplo do concentrador, que demorava cerca de uma hora ou mais para entrar em linha na qualidade padrão e, hoje, demora cerca de 15 minutos", diz Raimundo. Segundo ele, a correção do ajuste da malha, que hoje é feita a cada um segundo pelo computador, antes era feita pelo operador de hora em hora. “O medidor Coriolis permite justamente que se faça a medição da densidade, que é o brix, do extrato concentrado na saída do concentrador”. É no concentrador que se evapora a água para aumentar a concentração do café para que, em seguida, ele possa ser levado para a torre de secagem. Antes da automação, o concentrador demorava cerca de uma hora para entrar em linha com sete mil litros de vazão; hoje, leva 15 minutos com 13 mil litros. Para a Realcafé isso se traduziu em ganhos de produção e tempo.

O Coriolis também manda um comando para a válvula de vapor abrir ou fechar e manter um grau de evaporação dentro do concentrador. Ele mede a vazão do equipamento para controlar o brix. “Esta é uma das áreas mais complicadas porque qualquer variação que se tenha na entrada, só afeta a densidade de saída cerca de sete minutos depois. Trata-se, na verdade, de um prédio muito grande onde as coisas vão acontecendo com o tempo. Você pode mexer em alguma coisa, mas só vê o resultado sete minutos depois”, diz o gerente de informática da Realcafé, Artur Macedo Jacobina, um dos responsáveis pela automação da empresa. “Quando a fábrica era toda manual, este era um processo muito mais difícil de ser feito, era complicado encontrar o acerto”.

Além do brix, a Realcafé precisava medir outras variáveis como fluxo e temperatura ao mesmo tempo. “A gente tem que ter a medição dupla porque, variando a temperatura, muda-se a densidade. É claro que dá pra fazer com outro medidor, mas seria preciso mais de um medidor para as três variáveis. Na Realcafé utilizamos a tecnologia Fieldbus, por isso conseguimos medir as três de uma só vez. Se fosse um 4-20 mA teria que ser uma variável só, ou seria preciso ter mais de uma porta", diz Artur.

No evaporador de aromas existe outro Coriolis com função dupla: manter a vazão constante através de sua leitura, e passar a densidade para a malha de controle de saída de aroma. “Você injeta mais ou menos vapor dependendo da quantidade de sólidos solúveis que tem no café que está entrando, para poder tirar a quantidade exata de aroma. Esse cálculo de quanto de aroma tem que ser tirado, depende principalmente da densidade do café que está entrando, medido pelo Coriolis”, ressalta.

O Coriolis também é usado no tanque de mistura para fazer a dosagem da quantidade de cada um dos produtos. O operador digita o produto, o programa monta a receita e faz a mistura do aroma, do split e do extrato concentrado. Tudo isso é feito com a utilização do Coriolis para fazer o cálculo da vazão máxima e a verificação, no final da mistura, do brix - se ele está adequado para este tipo de produto.

Em outra fase da produção, o café já torrado é colocado nos silos dos extratores. Para que o café torrado se desmanche e seja retirado o extrato de café, água quente sob pressão é injetada dentro dos extratores. A parte insolúvel do café vira uma espécie de borra e segue para a caldeira para ser queimada. A parte do extrato que contém os sólidos solúveis, segue no processo. Nesta etapa, o Coriolis mede a quantidade de extrato de café que está sendo retirada de cada extrator, além da sua temperatura e concentração. São quatro Coriolis, dois para cada linha.

O Coriolis do pasteurizador faz o controle da malha de temperatura do resfriamento do extrato e o controle da vazão da bomba de entrada. Ele também verifica o brix do extrato que está saindo do pasteurizador para verificar se ele já está na hora de ser injetado na torre de secagem. Existe ainda outro Coriolis na caldeira, que também é totalmente automatizada. Ela produz 12 toneladas de vapor por hora, e metade de sua energia é gerada pela queima de borra de café.

Os medidores Coriolis instalados atualmente na Realcafe possuem diâmetros de 1’’ e 2;’’ mas a padronização é também uma estratégia de reposição. “Se utilizarmos diversos tamanhos, teríamos que ter vários medidores reserva”, ressalta Raimundo. Segundo ele, a empresa ainda pensa na possibilidade de trocar o medidor de 2 polegadas pelo de 1. “Compensa mais eu padronizar todos como de 1 polegada e ter um ou dois reservas para qualquer emergência. Estamos tentando ao máximo padronizar toda a planta, de válvulas a inversores, sensores de posição, nível, entre outros”. Com a padronização, a empresa passa a diminuir o número de peças de reposição, facilita a manutenção, trabalha com um número menor de equipamentos diferentes e conseqüentemente diminui as preocupações.

A padronização (diâmetro) dos medidores só foi possível, segundo Lima, da Insaut, por causa da precisão e da alta rangeabilidade dos medidores, que se não fosse boa, teria que utilizar diâmetros menores para vazões menores, e diâmetros maiores para vazões maiores.

Segundo Lima, devido a precisão e alta rangeabilidade dos medidores Coriolis da Micro Motion foi possível padronizar , configurando cada medidor de acordo com a faixa de trabalho em função da necessidade da aplicação sem comprometimento da precisão requerida pelo processo: “Assim, há uma redução no custo de estoque utilizando-se apenas um só tipo", conta. O Coriolis tem ainda um MTBF altíssimo, sendo um equipamento robusto, com vida útil muito longa.

A implantação de uma arquitetura integrada

Enquanto muitas empresas se preparam para investir na modernização de suas plantas, já automatizadas há alguns anos, planejar a automação de uma fábrica 100% manual em pleno ano 2000 é algo raro. “Pude escolher e quis colocar a fábrica toda num sistema único. E isso é bem raro, porque normalmente as empresas brasileiras já têm - em parte – algum tipo de automação”, diz o vice-presidente da Realcafé. “Quando uma empresa quer atualizar seu sistema de automação já existente, fica mais difícil uma mudança radical porque, muitas vezes, teria que jogar fora um sistema que bem ou mal está funcionando e partir para outro. Mas, a nossa decisão foi mais simples: vamos escolher um único sistema, que tenha capacidade para suprir todas as necessidades da fábrica. Este foi o primeiro ponto”.

Por ser uma indústria muito segmentada em termos de processo, com várias etapas e com determinadas exigências quanto ao controle de cada uma delas, a equipe responsável pelo projeto verificou a necessidade de se instalar uma sala de controle. “Se produzimos mais de 50 tipos de produtos, para cada um deles e para cada etapa do processo utilizamos diferentes combinações de parâmetros de produção. Hoje, basicamente, o operador digita o código do produto e pronto, a receita já está lá dentro”, ressalta Raimundo.

Depois de muito enxugar todos os processos, a Realcafé deverá ter cerca de 35 telas diferentes para o controle da fábrica. “Nossas telas estão lotadas de informações”. A sala de controle da Realcafé, responsável por todo o acompanhamento e controle da planta, possui atualmente três operadores e um supervisor full time. Com quatro microcomputadores, sendo um deles utilizado como estação de engenharia e para calibração de instrumentos e programação (montagem de telas, configuração de inversores e válvulas, entre outros). Os outros computadores são utilizados pelos próprios operadores para manter o controle do processo de produção da fábrica.

Com o projeto de automação das linhas de extração - o próximo passo da modernização - o objetivo era ter um quarto operador, mas, a empresa optou por deixar um ou dois operadores dentro da planta. “O sistema de extração é um sistema de vasos de pressão, e é nosso objetivo unificar todas as IHMs neste setor, o que nos permitirá ter um quarto operador dentro da fábrica e não na sala de controle ”. Atualmente, os funcionários que estão na planta utilizam rádio com duas freqüências separadas, uma para manutenção e outra para operação, para se comunicarem com os operadores na sala de controle.

Em 2001 a Realcafé tinha um nível de produção sub-standard da ordem de 15%. Em 2002 este número caiu para 8%, e em 2003 para 5%. Nos últimos seis meses, o volume de reprocesso está abaixo de 1%.

“Quando iniciamos o trabalho na Realcafé, fizemos uma pré-engenharia, e foi nela que definimos alguns conceitos, como os tipos de medidores e quais tipos de protocolos de comunicação estaríamos utilizando para instrumentação e controle de processo. Além do que seriam utilizados para a parte de drives e CCM inteligentes, e parte elétrica”, esse trabalho foi feito a quatro mãos (Realcafe/Emerson-Insaut) sob a coordenação do Engenheiro Isaias Dal Piaz – gerente de Manutenção e Novos Projetos da Realcafe, lembra Leonardo Lima.

A Insaut/Emerson, fez um estudo e ponderou os benefícios que seriam obtidos com uma instrumentação inteligente e com um protocolo de comunicação digital associado ao Delta V - sistema de controle. Inicialmente, a Realcafé fez uma comparação entre uma arquitetura com PLC mais uma instrumentação convencional e a arquitetura PlantWeb, da Emerson. “A arquitetura PlantWeb, se considerarmos todos os custos envolvidos: engenharia, comissionamento, partida da planta, custo com hardware, softwares, entre outros como operação e manutenção da planta, sai mais barata e a empresa ainda consegue recuperar o investimento através de redução de variabilidade de processo e melhoria continua da qualidade. O que acontece é que o investimento inicial é um pouco maior”, diz Leonardo Lima.

Tela do Torrador 1 disponível na sala de controle

Foi realizando estas comparações que a Realcafé resolveu montar uma arquitetura PlantWeb. “Com o Delta V a Realcafé teve várias opções e foi na pré-engenharia que ela decidiu quais seriam as adotadas, desde o nível de tensão de um dispositivo, até a funcionalidade dele, e como que ele iria estar interligado ao sistema de controle”, conta. Aos poucos, a Realcafé foi dando forma à sua modernização e seqüência às demais etapas.

Leonardo Lima explica que o PlantWeb oferece o gerenciamento da instrumentação, do ativo que está ligado a ele, e inclusive, o próprio gerenciamento de processo. Através do diagnóstico por inferência, por exemplo, é possível ter um diagnóstico do medidor e identificar o que está causando o problema ao processo. “É uma automação em que você também gerencia a planta. Essa é a grande diferença de se ter uma modernização convencional ou ter uma dentro de uma arquitetura PlantWeb”, ressalta.

Um sistema de controle convencional não permite que seja feito um gerenciamento da planta. Trata-se de um sistema de controle onde não se tem acesso a mais de uma variável, por exemplo, de um instrumento. Como já citado, seria preciso ter um instrumento para cada variável, ou seja, passar um fio para cada um, desempenhar mais serviços de engenharia e trabalho de montagem.

“Normalmente nos sistemas convencionais existe o computador, que seria o sistema supervisório, ou seja, uma base de dados que você configura. Existe ainda um controlador de processo que você também precisa configurar, e depois é preciso estar mapeando tudo de um para o outro. O sistema convencional não consegue capturar a inteligência do campo disponível num instrumento, bem como o sistema de controle - o cartão que está lendo este instrumento - também não é inteligente o suficiente com capacidade de enxergar as informações disponíveis no instrumento. A grande diferença é que, com o PlantWeb, você consegue capturar a inteligência do campo”, diz o integrador.

O PlantWeb permite que se distribua a inteligência e que se capture a mesma no sistema de controle. Em sistemas convencionais isso não é possível. É preciso mudar a faixa do instrumento e, para isso, o usuário tem que ir até lá com um programador de mão. Como também para ver um diagnóstico, é preciso ir até o instrumento e acessá-lo. Isso não está on line. Na hora de escolher o protocolo, a empresa definiu que o mais adequado era o Foundation Fieldbus, porque permite que se tenha o controle no campo e capturar todos os diagnósticos da instrumentação. Para a parte de drives, inversores, relés inteligentes e algumas válvulas on/off foi definido o Devicenet. No total, a Realcafé utiliza cinco protocolos: o Fieldbus Foundation e HART para instrumentação; Devicenet para inversores e relés; Ethernet e Modbus para comunicação com outros sistemas. A empresa possui ainda alguns equipamentos que utilizam o 4 - 20 A + HART e o ControlNet numa rede separada. “O mais importante é que o Delta V, que é um sistema de controle, permite a utilização de todos esses protocolos”, diz Lima.

O sistema implantado pela Emerson também faz um autodiagnóstico dos equipamentos, desde válvulas até medidores, ligados ao sistema através do Fieldbus.

O Plantweb possui um alarme de diagnósticos/falhas, chamado Device Alert que avisa com antecedência se algum equipamento vai apresentar algum problema – isso acontece por meio de um aviso na tela do operador, que indica o tipo de falha de sinal no transmissor. Todos os alarmes e operações feitas pelos operadores ficam registrados no computador e é possível saber quem fez, quando e porque.

Antes da modernização, a fábrica da Realcafé parava cerca de 30 a 40 dias por ano. No último ano ela tem parado cerca de 5 dias a cada 4 meses, para realizar manutenção preventiva e para fazer o hidrojateamento de alguns setores da fábrica.

“O processo na Realcafé é muito dinâmico. A parte mais forte da modernização vai estar concluída no próximo ano, mas há sempre a necessidade de se fazer uma melhoria ou outra. É um trabalho contínuo. O mais importante é que o sistema que a Emerson implementou permite a monitoração, minuto a minuto do processo”, conclui Raimundo.