Minas - Campus Divinópolis
Bruna Rayane Guimarães Cardoso1 Daniele Oliveira Tironi2 Henrique Carvalho Rodrigues3 Lucas Rolin dos Reis4
PIRÂMIDE DE INSTALAÇÃO INDUSTRIAL RESUMO
È preciso ter conhecimento dos processo advindos da indústria principalmente conhecimento sobre instalções este documento tem por finalidade apresentar a piramide de instalação em todas as suas etapas bem como instrumentação e simbologia dos medidores sua aplicações para melhorar interpretar questoes realcionadas a indústria.
Palavras-chave: automação, controle, sistemas, intrumentação.
PYRAMID OF INDUSTRIAL INSTALLATION
ABSTRACT
It is necessary to have knowledge of process arising from mainly knowledge of Environmental Systems industry this document aims to present the pyramid facility in all its stages as well as instrumentation and gauges symbolism of their applications to improve interpret issues related of industry.
Key-words: automation, control systems , instrumentation
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1Graduando do curso de Engenharia de Produção. E-mail: brunargc@yahoo.com.br 2Graduando do curso de Engenharia de Produção. E-mail: danitironi.saude@yahoo.com.br 3Graduando do curso de Engenharia de Produção. E-mail: henrique_rodrigues_92@yahoo.com.br 4Graduando do curso de Engenharia de Produção. E-mail: lucasponte90@hotmail.com
1. INTRODUÇÃO
A automação industrial nas indústrias e em diversos aspectos possibilita aumentar a velocidade do processamento de informações, permitindo a economia de energia, força do trabalho humano e matéria-prima utilizada, controlando de forma eficaz a qualidade do produto, utilizando melhor o espaço na empresa – layout. Aumentando a segurança operacional, permitindo decisões mais ágeis, ampliando os níveis de produtividade e eficiência do processo produtivo dentro das exigências operacionais.
Além disso, ela possibilita a produção real à capacidade nominal da planta, ao reduzir ao mínimo possível às horas paradas, de manutenção corretiva e a falta de matéria-prima.
A princípio a automação industrial foi aplicada a industrias automobilísticas e petroquímicas, que eram realizadas manualmente, sendo desenvolvidas no final do século XIX, durante a revolução industrial, e ao passar dos anos houve um grande avanço nas tecnologias, sendo disseminado para outras áreas, como industrias químicas, siderúrgicas, alimentícias, automotivas e associadas – pneus, borrachas, dentre outros, onde o trabalho passou a ser realizado por maquinas dedicadas e customizadas a uma determinada tarefa.
A partir disso surgiu a “pirâmide da automação” também na década de 1980.Essa pirâmide divide os níveis dos equipamentos envolvidos nessa tecnologia de acordo com sua atuação na indústria e mostra como as informações são filtradas, que é dividida em 5 níveis sendo eles: 1º aquisição de dados e controle manual, 2º controle individual (plcs, sdcds, relés), 3º controle de grupo (célula de trabalho), gerenciamento e otimização de processo, 4º controle fabril total, produção e programação e por fim o 5º planejamento estratégico e controle sobre vendas e custos.
2. PIRÂMIDE DA INSTALAÇÃO
A busca de vantagens tecnológicas em um mercado globalizado, permiti ao seu usuário competir de uma maneira eficaz, obtendo além lucros no processo, a otimização de recursos que se faz imprescindível. As inovações na área de processo em si são poucas, ficando para as áreas de controle de processo a responsabilidade na redução de custos.
Baseado na automação industrial, a pirâmide que é um diagrama que representa de forma hierárquica, os diferentes níveis de controle e trabalho em automação industrial através de cinco níveis, que podem ser observados abaixo:
Fonte: http://slideplayer.com.br/slide/1694332/
Nível 1 – Aquisição de Dados e Controle Manual: O primeiro nível é majoritariamente composto por dispositivos de campo. Também chamado como “chão de fábrica”, pois é o nível em que estão as máquinas diretamente responsáveis pela produção. Sendo compostos por entradas e saídas digitais e analógicas, relés, sensores de - proximidade, vibração, temperatura, encordes, transmissores, atuadores, contatos auxiliares, pressostatos, termostatos,botões de comando, conversores, sistemas de partida e Centro de Controle de Motores (CCMs) e outros componentes presentes na planta compõem este nível, além de dispositivos de campo e acionamento como os IOs remotos, inversores de frequência, conversores de frequência, partida suaves, dentre outros;
Nível 2 – Controle Individual: O segundo nível compreende equipamentos que realizam o controle automatizado das atividades da planta. Que se enquadra osCLP’s (Controlador Lógico Programável), SDCD’s (Sistema Digital de Controle Distribuído) e relés. Ele é responsável pelo controle de todos os equipamentos de automação do nível 1, englobando os controladores digitais, dinâmicos e lógicos, como os CLPs, e de supervisão associada ao processo fabril. Equipamentos do qual são responsáveis também por repassar os comandos dos níveis superiores para as máquinas da planta da fábrica (nível 1). São os CLPs que determinam as tarefas para os equipamentos do primeiro nível;
Nível 3 – Controle de Célula, Supervisão e Otimização do Processo: O terceiro nível da pirâmide destina-se a supervisão dos processos executados por uma determinada célula de trabalho em uma planta, podendo encontrar dados no banco de dados como informações sobre qualidade da produção, relatórios e estatísticas. Na maioria dos casos, também obtém suporte de um banco de dados com todas as informações relativas ao processo. Nesse nível se obtém um suporte de um banco de dados com todas as informações relativas ao processo, sobre qualidade da produção, relatórios e estatísticas. Os sistemas supervisores concentram as informações passadas pelos equipamentos dos níveis 1 e 2 e as repassam para os níveis administrativos (níveis 4 e 5).As mais recentes tecnologias para automação do nível 3 são o ManufactoryExecutionSistem (MES), sistema de gerenciamento de operações, e o Enterprise Resource Planning (ERP), programa que realiza o planejamento de negócios e logística.
Nível 4 – Controle Fabril Total, Produção e Programação: O quarto nível é responsável pela parte de programação e também do planejamento da produção passando as tarefas que devem ser realizadas para o anterior que, por sua vez, distribui o trabalho para os níveis inferiores. Ele auxilia tanto no controle de processos industriais quanto também na logística de suprimentos. Podemos encontrar o termo Gerenciamento da Planta para este nível. Já a administração de todos os recursos da empresa estão no nível 5, onde é gerenciado todo o sistema;
Nível 5 – Planejamento Estratégico e Gerenciamento Corporativo: O quinto e último nível da pirâmide da automação industrial se encarrega da administração dos recursos da empresa. Neste nível encontram-se softwares para gestão de venda, gestão financeira e BI (Business Intelligence) para ajudar na tomada de decisões que afetam a empresa como um todo.Os computadores localizados nos níveis 4 e 5 precisam ser altamente confiáveis e possuir muita memória para o armazenamento de dados e grande capacidade de processamento. Deve contar com redundância de máquina e de disco rígido, além de restrito acesso para garantir a segurança de todo o sistema de automação.
O fluxo demonstrado através da pirâmide da automação industrial tenta organizar os diferentes níveis de controle existentes através da divisão em cinco níveis hierárquicos. Os níveis mais baixos estão diretamente relacionados com os equipamentos utilizados em campo, enquanto os níveis superiores tratam do gerenciamento dos processos, da planta e da empresa.
3. INSTRUMENTAÇÃO Introdução a Instrumentação
A Instrumentação é a ciência utilizada para desenvolver técnicas de adequação de instrumentos de medição, transmissão, indicação. Registro e controle de variáveis físicas em equipamentos nos processos industriais. Nas indústrias de processos tais com siderurgias petroquímicas, alimentícias etc., a instrumentação e responsável pelo rendimento máximo de um processo, o que faz com que toda energia cedida possa ser transformada em trabalho na elaboração do produto requerido. As principais grandezas no processo são Pressão, nível, vazão, temperatura, as quais são chamadas variáveis do processo.
Classificação de instrumentação
Existem vários métodos de classificação dos instrumentos de medição, que são classificados por função, sinal ou suprimento e tipo de sinal.
Classificação por função
Os instrumentos podem ser interligados entre si para a realização de determinada tarefa nos processos industriais, a associação desses instrumentos se chama MALHA. Em uma malha cada instrumento executa uma função, os instrumentos podem compor uma malha e são classificados por função cuja descrição pode ser lida na tabela 1.
Figura 2: Classificação por função:
Classificação por sinal de transmissão ou suprimento.
Os equipamentos podem ser agrupados conforme o tipo de sinal transmitido ou seu suprimento como podem ser descritos a seguir:
Tipo pneumático
Nesse tipo é usado o gás comprimido, cuja pressão e alterada conforme o valor que se deseja representar, nesse caso a variação da pressa do gas é manipulada linearmente em uma faixa especifica e padronizada internacionalmente para que possa representa a variação de uma grandeza desde seu limite menor ate seu limite máximo. O padra de transmissão ou recepção de instrumentos pneumáticos mais utilizados é de 0,2 a 1,0 kgf/cm², e o gás mais utilizado para transmissão é o ar comprimido, o gas nitrogênio e em casos específicos o gás natural (Petrobrás). Tem como vantagem a grande e única vantagem em se utilizar os instrumentos pneumáticos esta no fato de se poder opera-los com segurança em áreas onde existe risco de explosão (centrais de gás). E sua desvantagens são: a necessita de tubulação de ar comprimido ou outro gás para seu suprimento e funcionamento, necessita de equipamentos auxiliares tais como compressor, filtro, desumidificador para fornecer aos instrumentos ar seco e sem partículas solidas devido ao atraso que ocorre na transmissão do sinal, esse não pode ser enviado a longa distancia sem uso de reforçadores de transmissão se limitando a apenas 100m, e podem ocorrer vazamentos ao longo da linha de transmissão que são difíceis de se detectar.
Tipo hidráulico
Similar ao tipo pneumático e com desvantagens parecidas, ele se utiliza de variação de pressa feita em óleos hidráulicos para transmissão de sinal e é especialmente utilizado em aplicações onde torque elevado é preciso ou quando o processo envolve pressão elevada. Tem como principal vantagen, poder gerar grandes forcas e assim acionar equipamentos de grande resposta rápida e como desvantagem Necessita de tubulação de óleo para transmissão e suprimento.Necessita de inspeção periódica do nível do óleo, e equipamentos auxiliares como filtros, bombas etc...
Tipo elétrico
É feito usando sinais elétricos de corrente ou tensão, devido a tecnologia hoje disponível no mercado esse tipo é muito utilizado em todas as industrias onde não ocorre risco de explosão. Como na transmissão pneumática o sinal também é linearmente modulado em faixa padronizada com um limite mínimo e máximo da variável do processo. Padrão para transmissão
a longas distancias é utilizado sinal em corrente continua variando de 4 a 20 mA, e para distancias ate 15 metros também são utilizados sinais em tensão continua de 1 a 5 V. Suas principais vantagens são: permite transmissão para longas distancias sem perdas; A alimentação pode ser feita pelos próprios fios que conduzem o sinal; Poucos equipamentos auxiliares; Fácil conexão a computadores e fácil instalação.
Suas desvantagens são: precisa de um técnico especializado para instalação e manutenção; Atualização de instrumentos e cuidados especiais em instalações localizadas em áreas de risco. Cuidado na hora de instalar cabos ou fios é necessário.
Tipos de sinal:
Sinal digital
No sinal digital, os pacotes de informação sobre as variáveis medidas são enviados para uma estacao receptora por sinais digitais modulados e padronizados, para que a comunicação entre o elemento transmissor possa ser realizado é usada uma linguagem padrão, o chamado protocolo de de comunicação. Tem como principai vantagens: Não é necessário ligação ponto a ponto por instrumento; Pode se utilizar fibra ótica para transmissão; Imunidade a ruídos externos; Menor custo final.
E como desvantagens: grande dificuldade de conexão de marcas diferentes devido a protocolos; Se um cabo se arrebenta pode se perder todos os dados e comunicação de varias malhas de equipamentos.
Sinal via radio:
Nesse tipo os sinais são enviados a uma estação receptora via ondas de radio em faixas e frequências especificas. Suas vantagens são: Não precisa de cabos de sinal; Pode enviar sinais de medição e controle em maquinas em movimento. E desvantagens: custo inicial muito elevado; Precisa de técnicos altamente treinados e especializados.
Sinal via modem.
É a transmissão feita utilizando linhas telefônicas por modulação de sinalem frequência, fase ou amplitude. Suas principais vantagens são: baixo custo de instalação, e transmissão de dados a longa distancia. E desvantagens são: necessidade de profissionais 7qualificados; baixa velocidade de transmissão; Vulnerável a interferências externas, inclusive a violação de informações.
4. Simbologia dos medidores
Para melhorar o entendimento da documentação normas foram definidas em diversos países, no Brasil a ABNT, Associação Brasileira de Normas Técnicas, através da NBR 8190 sugere os símbolos gráficos para diversos instrumentos e sua função, no entanto, cada empresa tem a liberdade de usar qualquer tipo de simbologia, e a mais utilizada para projetos industriais brasileiros é a ISA (InstrumentSocietyofAmerica). Tais normas tem a finalidade de padronizar a leitura dos instrumentos.
4.1 Norma ABNT
1. Figura 3- Tipos de conexão:
2. Figura 4- Tabela de significado das letras de identificação:
3. Figura 5- A leitura deve ser realizada da seguinte forma:
4. Figura 6- Segue a simbologia de identificação de instrumentos de campo e painel
5. Figura 7- Instrumentos de vazão
Placa de orifício Medidor Venturi Tubo Pilot
6. Figura 8- Válvulas
Seguindo a simbologia vem os arranjos tipicos de instrumentos que são os registradores de vazão, pressão, temperatura e de nível, que servem para medir cotrolar os processos principalmente industriais.
4.2 Norma ISA
Esta norma é adequada para uso em indústrias principalmente nos segmentos de indústrias químicas, de petróleo, de geração de energia, refrigeração, mineração, refinação de metal, papel e celulose dentre outras. A norma abrange a identificação de um instrumento e todos outros instrumentos ou funções de controle associados a esta malha. O uso é livre para aplicação de identificação adicional tais como, numero de série, número da unidade, numero da área, outros significados. A tabela de identificação segue acima devidamente traduzida.
1. Figura 09- Tipos de conexão
2. Figura 11- Símbolos binários (on/off)
Sugerem-se as seguintes abreviaturas para denotar os tipos de alimentação: AS- Suprimento de ar (IA- ar do instrumento/ PA- ar da planta); ES- alimentação elétrica; GS- alimentação de gás; HS- suprimento hidráulico; NS- suprimento de nitrogênio; SS- suprimento de vapor; WS-suprimento de água.
5. CONSIDERAÇÕES FINAIS
Os sistemas e instalações muito contribuem para as industrias, a automação dos processos, o gerenciamento dos recusrso,s todas as máquinas e ferramentas de gestão que aumentam o luro das organizações, todas as ferramentas devem ser estudadas a fim de aumentar ainda mais a produtividade e para que as ferramentas envolvidas trabalhem da melhor forma possível evitando manutenções e possibilitando o conheciemnto desde o chão de fábrica até os mais altos níveis de gerenciamento, todo o conteúdo abordado é uma feramenta que pode auxiliar tais processos , pois o conhecimeto so traz benefícios.
6. REFERENCIAS
SILVEIRA, P.R., Automação e Controle Discreto. 6 edição. Santos-SP: Érica, 1998.
MORAES, C.C., Engenharia de Automação Industrial. 1 edição. Rio de Janeiro - RJ: LTC-Livros Técnicos e científicos, 2001.
Pirâmide de Automação – Disponível em:
<http://www.smar.com/newsletter/marketing/index150.html> Acesso em: 26 de agosto de 2015.
Simbologia e Nomenclatura – Disponível em:
<http://www.dee.eng.ufba.br/home/simas/Aula%20IV%20-%20Simbologia%20-%20pt2.pdf> Acesso em: 26 de agosto de 2015.
Automação – Disponível em:
<http://www.tecnicodepetroleo.ufpr.br/apostilas/petrobras/instrumentacao_basica.pdf> Acesso em: 26 de agosto de 2015.
