MecatronicaAtual_Ed.39_Dez_2008_Artigo_Processos_de_Bateladas_EMERSON EDUARDO RODRIGUES.pdf

Ano 6 - n039 - Novembro - Dezembro/2008 - Europa: (4,30 - Brasil: R$ 13,90
AUTOMAÇÃO INduSTRiAL dE PROCESSOS E MANUfATURA

Sistema de
controle para
processos de
bateladas
Há algum tempo os processos de bateladas deixaram
de ser um mistério nas indústrias e no ambiente de
automação. O cenário atual nos apresenta diversas
maneiras de se controlar e monitorar um processo
de bateladas, cada um com suas características,
vantagens e desvantagens. Este artigo visa mostrar
alguns detalhes de quatro maneiras diferentes de
se automatizar um processo de bateladas a partir
de um sistema de controle
Por Alan Liberalesso*
Controle a partir de
CLPs e IBMs
Interagir com os equipamentos de
campo, como válvulas, morares, sensores
e outros dispositivos, através de CLPs (ou
PLCs, Programmable Logic Controllers, em
inglês) é o recur o mais comum na maioria
dos processos indusrriais no mundo, inclu-
sive no Brasil.
Neste contexra, cabem ao PLC tarefas
como: partida e parada de morares, aber-
tura e fechamento de válvulas, contagem,
temporização, monirararnento e comrole de
variáveis analógicas, seqüeneiarnemos, emre
muiras outros. os processos de bateladas
são urilizados alguns algorirmos de pesa-
gem, tabelas de dado e procedimemos. O
controle do processo é realizado pelo PLC,
o papel dele é a execução das operações,
sejam estas fixas ao longo de suas rotinas,
sejam parametrizáveis através de alguma
interface de operação.
As IHMs, equipamentos para visua-
lização e comrole de processo, projetadas
para o ambiente industrial e com dezenas
de opções disponíveis no mercado, tem o
papel de apresentar de maneira didática
as informações do processo ao usuário
do sistema. No semido contrário, recebe
os comandos gerados pelo mesmo e faz a
"entrega" ao PLC por meio de sua interface
de comunicação.

IF1. Tela de seleção de receitas.
SELEC~O RECEITR - [F10J
~
RECEIT~ 20mL
RECEIT~ 40mL
RECEITJ:I 50mL
RECEITJ:I 20mL
RECEITJ:I 40mL
RECEIT~ 50mL
• ••
9uia
transp,vE.'rtical
distribuicao
tr.ansp.
separacao
tr.ansp,b.arras
transf.b.arras
hQmE.'
######
######
######
######
######
######
######
######
SETPOINT
######
BBB###
BBB###
BBB###
#BB###
BBB###
######
######
o controle dos processos de batelada
realizados pelo par PLC-IHM pode ser
realizado de diversas maneiras, dependendo
do hardware empregado, tipo de processo,
número de receitas, entre ourros. Assim:
• Processos e aplicações com uma
única receita: neste caso, a IHM
apresenta Ícones, textos ou teclas de
função (dependendo do modelo) onde
são solicitadas operações como: iniciar
receita/batelada, pausar, abortar,
entre outros. A IHM pode apresentar
informações como número do passo
em execução, mensagens ao opera-
dor, tempo da batelada, quantidades
adicionadas, etc. O PLC recebe os
comandos e execura as operações
previamente estabelecidas em sua
lógica de controle. É papel do PLC
identificar a execução dos passos e
gerenciar o processo de bateladas.
Dependendo do processo e aplicação,
os parâmetros desta receita podem
ser alterados via IHM (tempos, ve-
locidades, quantidades, etc.), porém
a ordem de execução das tarefas
(seqüenciamento da bareladas) não
pode ser alterada;
• Em processos onde temos mais
de uma receita: pode-se trabalhar
de maneira semelhante à anterior,
somente acrescendo ferramenta para
seleção da receita via IHM. Também
neste caso existe a opção de se urilizar
valores previamente definidos no
PLC ou alterá-los via IHM.
A maioria das IHMs existentes no
mercado obriga que todos os parâmetros
das receitas sejam armazenados no PLC, em
rabelas de dados que são copiadas para a área
de trabalho após seleção e solicitação feita
pelo usuário do sistema. Alguns modelos
permitem que todos os dados das receitas
fiquem armazenados na própria IHM,
liberando memória no PLC e reduzindo
drasticamente a necessidade de lógicas de-
dicadas ao armazenamento e manipulação
destes dados no mesmo.
A urilização do par IHM-PLC não per-
mite controle de versão, revisão e autoria.
Além disso, limita o número de receitas, o
acesso aos dados das mesmas, e não permite
alterar o seqüenciamento das operações.
Apesar de normalmente vincularmos
processos de bateladas a ranques de produção,
adições de matérias-primas, procedimentos,
etc., existem muitas máquinas e linhas de
produção que apesar atuarem dentro de
processos contínuos ou de controle discreto
utilizam parte do princípio de controle de
batelada para seleção de produtos, peças,
formatos e setup das mesmas. Veja os exem-
plos na figura 1, figura 2 e figura 3.
Controle com PLCs eSCADA
O princípio de controle é o mesmo. A
diferença é que com a utilização de sistemas
supervisórios tem um grande incremento de
capacidade, funcionalidades e ferramentas
para interagir com o processo. As aplicações
geradas para este tipo de sistema rodam
em microcomputadores, os mundialmente
conhecidos PCs.
Primeiramente, cada equipamento ou
dispositivo do processo que é controlado
pelo PLC pode ser manipulado a partir
do sistema supervisório. Comandos como
abrirlfecharlligarldesligar, seleção de modo
de operação (manual, automático, manu-
tenção) são feitos a partir de janelas de
controle individualizadas. A indicação dos
status (Iigado/ desligado/ aberto/ fechado/em
alarme/inibido/em manual/em automático)
também é feita de maneira individual e
para todos os equipamentos. Variáveis de
processo (temperatura, pressão, vazão, nível, c::I

t~ manufatura
velocidade) são monitoradas e controladas
a partir de computadores, fisicamente po-
sicionados junto ao processo, em salas de
controle, ou remotamente, a quilômetros de
distância; E o processo de batelada, o que
esta arquitetura pode proporcionar?
Com relação à capacidade de armaze-
namento de receitas, milhares podem fazer
parte do sistema; quanto ao gerenciamento
das mesmas arravés da tela do computador,
pode-se visualizar e selecionar utilizando
filtros como código, versão, família, produ-
to, receita. Além desses, é possível definir
o tamanho da batelada e a quantidade
de bateladas a produzir. Como controle,
operações como pausar, parar, abortar,
pular passo, alterar parâmetros e tempos,
são operações comuns. Pode-se até montar
uma fila de produção, onde são selecionadas
todas as bateladas para um determinado
período (hora, turno, dia).
As telas de acompanhamento da pro-
dução rrazem informações importantes do
processo e da batelada, como a indicação
do passo atual, dos passos executados com
os respectivos registros (quantidade real,
tempo consumido, alarmes, etc.), das ba-
teladas que estão em execução, do status e
conteúdo dos tanques. Gráficos regisrram
o comportamento das variáveis e as telas
sinóticas (que apresentam o layout do pro-
cesso) trazem em tempo real as informações
do chão-de-fábrica.
Nesre sistema fica restrita a alteração
da ordem de execução dos passos e assim
como na arquitetura anterior, não é possível
repetir um passo já executado, operações
em paralelo, defasagem entre passos, etc.
Exemplos na figura 4 e figura 5.
Controle por PLC, SCADAe
Sistemas MES (Sistemas de
Execução da Manufatura)
Nesta arquitetura o sistema supervisório
mantém a atribuição de monitoramento e
controle do processo, mas o gerenciamento
da batelada cabe a um sistema MES, de-
senvolvido através de linguagens de progra-
mação de alto nível. Neste caso, todas as
informações referentes às receitas (códigos,
matérias-primas, passos, procedimentos,
etc.) ficam armazenadas em bancos de dados
do tipo relacional, os quais proporcionam,
entre outras vantagens, maior capacidade de
armazenamemo, utilização de ferramemas de
consulta, acesso remoto e por mais de uma
estação de trabalh%peração, rastreabilidade
e trabalho com sistema de armazenamento
aberto e escalonável.
O sistema MES contempla telas e re-
cursos para cadastro de matérias-primas,
procedimentos, parâmetros e registros, bem
como a montagem da receita com dados de
cabeçalho (código, nome, descrição, data de
criação e revisão, versão, produto, etc.), e com
a composição dos passos com os respectivos
procedimemos, sejam estes relacionados aos
processos de dosagem, sejam instruções de
trabalho ou procedimento de ontrole (ex.:
agitação, resfriamento, tempo de espera,
etc.). Também é papel deste tipo de sistema
a interface para solicitação de produção
(lotes a produzir número de bateladas, etc.),
uma ferramenta para acompanhamento da
produção (lote em andamento, bateladas
concluídas taru. etc.).
O sistema de relatório também faz
parte de um istema ME seja ele gerado
dentro do próprio i tema, seja através de
algum sofrware de relatório de mercado ou
mesmo a partir de ferramenta Web (para
consulta atravé de um navegador como o
Internet Explorer. da .ficrosoft)
Em uma visão mai ampla, o sistema
MES responde por:
• Cadastros: roda a entrada de dados
que visa alimentar as tabelas do
banco de dados com informações
para futura'
• Solicitação de produção: interface
onde é inserido o plano de produção,
ou seja, a relação de receitas a pro-
duzir, o número de lote ou ordem de
fabricação e o número de bateladas
desejadas de cada uma (figura 6);
• Acompanhamento da produção:
interface para visualização do anda-
mento da produção, com status das
receitas, bateladas em andamento,
concluídas ou na fila para produção
(figura 7);
• Relatórios: ferramenta de consulta
que permite fazer a rastreabilidade
de um lote ou seqüência específica
e também, na combinação de seus
filtros, a consulta de bateladas pro-
duzidas no passado (figura 8).

]
..- I Atualizar '1
Total KG:r--
Total%:r--
Adltlonado
p.,
C6d:
Validade: I (Meses)
]
::J Unidade: I--:J
]
Tempenhlr. do Prodvto(·C): ~
Temperatura do Produto (-C): ~
In'''. (h), r--= F'noO (h), r--= ~
Peso Peso tnrdo Fim
T.órico R.al
Receita:
Versão:
Tecnologia:
Batch Size:
Última Atualização:
r
Responsáveis
r cadastro
r Revisão
rAprovação
r Reprovação 1
Observação: I IExcluirQeftníllvamenlel
QK II .c.ancelar I -I-I-nc-'u-Ir-II Excluir I~
Produto:
asoeeceas
Procedimentos
I rCadastro de Receitas
::J Código:
Família:
lote
Peso T.érico: Lote': I
Data: I I
r--
Inicio (h): r--= final (h): r--=
C4dlOO
C6di90:
Produto:
Faurv6cuo (a +1- -0,1 kgf/c:m')
c:om recldo por 10 mln.
Misturar na velocidade de 30 Hz por.) mln.
Inrelo (h): r--= Final (h): ~
hem Ordem Unidade Procedimento Pl P2 P3 P4 :J
31 37
32 38
33 3'l
.J
34 .e
35 41
36 42
37 43
:J
- ..
Parâmetro Valo. Unidade ltemlD
• (ODlGO
QUANTIOAOE ,
QUANTIDADE k'J
lill .
ProcedImentos ~
Unld.Proced: -I ------J~I --------~-_-_-~-~-~-_-_-_-_-_-
_
__:-~-_----J~
Ordem: ro-- I
I liovo Passo I --EI<-cl-u-ir-I ===Alt==era==r
== ====Q=K====I I Cancelar I
v.cuo de transfer~nc:la entre ·0.40 e -0,33 k9f/cm3. Ap6s a transferência manter todas IIScondi"aes por 15 mino
In!'clo (h): r--= Flnlll (h): r--= Temperaturll do produto (·C): ~
F8. Acompanhamento de bateladas.
Receitas
ICódigo: I Família: Produto: 1
Receita: 1-----------------Tecnologia:-I ------
FCNersão: -I ---- Batch Size: -I ----
Receitas
1"Receitas ----
Status: IPendente cadastro
I
""FAMlllA DE PRODUTOS 1~
e ""FAMlllA DE PRODUTOS 2"'
B PRODUTO 1
à- RECEITA 1
Código: 123-156789
RECEITA 2
IF6. Tela de cadastro de receitas.
Controle via PLC, SCADA
e Softwares de Bateladas
(baseados na norma para
bateladas ISA 588)
Dependendo da característica do processo
e da flexibilidade exigida pelo mesmo, uma
aplicação para batelada deverá ser muito
mais que um seqüenciador de passos combi-
nado com procedimentos específicos como
adição de matérias-primas, aquecimento,
agitação, tempos de espera, etc. Operações
como paralelismo, defasagem de passos,
transições baseadas em eventos, loops,
etc., podem ser exigidas para a execução
da receita (produção da batelada).
E aí que entram a norma 15A 588 e os
softwares de bateladas. Resumidamente,
a 588:
• Define um modelo para controle de
bateladas o qual é usado como um
padrão por muitas indústrias;
• Fornece uma terminologia comum
para o controle de bateladas, permi-
tindo que usuários diferentes possam
expressar suas idéias sobre uma
base comum e esta base comum de
terminologias e modelos permitem
aos usuários integrarem soluções de
diferentes fornecedores;
• A norma especifica que o código do
controlador deve ser dividido em pe-
quenas partes (módulos de controle),
e o fato de termos pequenos códigos
permite que as receitas sejam modi-
ficadas com maior facilidade;
• 5e duas plantas/linhas tiverem equi-
pamentos semelhantes, pequenos
códigos permitem uma implemen-
tação mais fácil com a reutilização
dos códigos;
• Conceirua a separação do controle
do equipamento do controle do
procedimento (receita) que descreve
como fazer o produto final, permi-
tindo múltiplos produtos, múltiplos
procedimento, múltiplas unidades
de produção.
Os softwares de bateladas de mercado
visam atender à norma 15A 588 e possuem
ferramentas adicionais que permitam a
integração destes com PLCs, por exemplo,
e também ferramentas que agregam valor
aos usuários e que procure diferenciá-lo dos
outros softwares disponíveis.
O modelamento do sistema é dividido
em duas partes:

MIXER
$" MENSAGEM
$" TEMPORIZACAO
Ê].. ADICAO _MANUAL
Phase Tags
! I? Prestate
! ~ Aborting
:..... Holding
I....·~ Restarting
1·.... Running
:..... Stopping
L...~ REQUEST
$"
$
..
... F11. Phases e estado no PLC.
Alan Liberalesso é engenheiro de aplicações
da BASE Automação e colaborador do "Batch
Control Comunidade Online".
uma solução atender aos propósitos, caberá
uma análise sobre necessidades futuras e
relação custo-benefício para se definir qual
solução será adotada e implementada. MA
UNO'l.)olENSAGEW
UN~~ ~
UN01~UEOMENTO
~I
g
UNDlj.DICACUolANUAl
~
N01_AEORClJt..ACAD
~
~
UN01_TEIolPORIZACAO
rn
UN01.../4DICAO....AGUA
li3
UNOI.../4DtCAIVI4P
~
F11. Receita em SFC.
+T:lFORIZACAO lSTAT= 'co '=.=T=
T=I"I?OR1Vo.CAO:1STAT=. = C -_:TE
; F9. Phases (Procedimentos} de uma Unit.
Conclusões
A solução a ser adotada deverá ser
definida após a análise de uma série de
fatores, como característica do processo,
necessidades do sistema de formulação,
estrutura e número de receitas, parâmetros
e registros necessários, infra-estrutura de
automação existente e/ou requerida, cusros
envolvidos, entre outros.
Dependendo das informações acima será
possível afirmar quais soluções atenderão às
necessidades do processo. E quando mais de
1. Modelamento físico do processo
• Célula de processo: onde é definida a
área responsável para a produção das
bateladas (planta/processo/linha);
• Unidades: conjunto de módulos de
controle e de equipamentos responsável
pela execução de uma, algumas ou
rodas as erapas do processo (tanques,
rearores, silos, etc.);
• Módulo de equipamento: conjunto
de equipamentos que realizam ativida-
des do processo, como aquecimento,
dosagem, etc;
• Módulo de controle: dispositivo de
controle, como válvula, moror, sen-
sor, etc.
2. Modelamento procedural do processo
• Procedimento: estratégia para exe-
cução do processo/batelada;
• Procedimentos da unidade: conjunto
de operações utilizadas para seqüen-
ciamento dentro da unidade;
• Operações: conjunto de atividades
agrupadas e que visam o atendimento
de necessidades da batelada/pro-
cesso;
• Fases: realização de tarefas/ações bá-
sicas e simples, como adição de ma-
teriais, agitação, transferência, entre
muiros outros.
O software de bateladas é dividido em
módulos, sendo que a base é definida por:
Equipment Editor (modelamento físico),
Recipe Editor (modelamento procedural),
Server (gerenciamento da batelada e comu-
nicação do módulo View com o PLC), View
(interface ao operador para visualização e
controle das bateladas), Archiver (geração
dos registros eletrônicos das bateladas) e
Report Editor (criação e customização de
relatórios com os registros eletrônicos).
O sistema supervisório continua com
a atribuição de monitoramento e controle
do processo. Ao PLC cabe toda a interface
com o chão de fábrica, como as tarefas de
partida e parada de motores, abertura e
fechamento de válvulas, monitoramento e
controle de variáveis analógicas. Do modelo
físico definido para o controle da batelada
cabem ao PLC as rotinas com as phases e os
estados das mesmas, cada uma com uma
função especifica como agitação, adição
de materiais, resfriamento, entre outras,
definidas quando do modelamento do
sistema de bateladas. Veja os exemplos na
figura 9, figura 10 e figura 11.

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