Motivação e história

Benefícios conceituais

Vantagens na prática

Visão

1.

2.

3.

Conteúdo

4.

A Organização da

Profibus/PROFINET International

China RPA, PICC, PITL

Japan RPA, PICC, PITL

Korea RPA, PICC

Middle-East RPA

India RPA, PICC

South-East-Asia RPA, PICC

Poland RPA, PICC

Russia RPA

Slovakia RPA

Czech Rep.

RPA, PICC, PITL

Australia / New Zealand RPA, PICC, PITC

Southern Africa

RPA, PICC, PITC

Brazil

RPA, PICC

USA

RPA, PICC, PITC

PITL

Chile

PICC

Denmark

RPA

Finland RPA

Ireland

RPA, PICC, PITC

Germany & Austria RPA, PICC, PITC, PITL

France RPA, PICC,PITC

Belgium RPA, PICC

Italy

RPA, PICC

UK

RPA, PICC, PITC

Netherlands RPA, PICC, PITC, PITL

Norway RPA, PICC, PITC

Switzerland RPA, PICC, PITC

Sweden RPA, PICC

Spain RPA, PICC

Americas

W. Europe E. Europe

Asia

27 Associações Regionais PI (RPA)

40 Centros de Competência PI

(PICC)

18 Centros de Treinamento PI (PITC)

10 Laboratórios de Testes PI (PITL) para testes de certificação

Robert Gries Drumond

Mestre em Engenharia Elétrica pela Technical

University of Hamburg – Alemanha

8 anos de experiência na Siemens na área de

sistemas de automação industrial

Na matriz alemã nas áreas de P&D, planejamento de

produção e desenvolvimento de negócios

Desde 2009 é responsável pelos negócios da Siemens

Factory Automation no Brasil

Vice-Presidente da Associação Profibus/PROFINET

da Regional Brasil

Motivação e história

Benefícios conceituais

Vantagens na prática

Visão

1.

2.

3.

Conteúdo

4.

Quais os desafios enfrentados hoje pela indústria?

Gerente de Inovacão: “Tornar a produção mais flexível.”

Empresário: “Reduzir o TCO (Total Cost of Ownership - custo total de propriedade).”

Gerente Industrial: “Aumentar a disponibilidade da

planta, ...e a segurança!”

Diretor: “Otimizar o ciclo de vida do

produto.”

Técnico de Processos: “Reutilização, otimizar o uso da produção.”

A complexidade de sistemas de automação aumenta:

De funções hard-wired para conceitos de engenharia integrada

Hard

Wiring Decentral

architectures

Isolated

PLC’s

Integrated

architectures

Aplicações cada vez mais complexas e demanda

de mais transparência da área de produção:

Programa de controle dobra a cada 4 anos.

Antigamente hardware contemplava aprox. 90%

do custo total de automação, futuramente

software contribuirá 80%

1995 2010 1958 1973 1979 2025

Digital

Plant Hard

wa

re

SW

HW

S

oft

wa

re

Internet

A complexidade de sistemas de automação aumenta:

Ethernet Industrial é o backbone de comunicação

Workgroup 820 IEEE:

Ethernet V1

Network specification

by XEROX

Hard

wa

re

SW

Integrated

architectures

1985 2008 1975 1980 2025 2000

HW

S

oft

wa

re

Digital

Plant

Sketch by Bob Metcalfe, who was

active in the Xerox Palo Alto Research

Center (PARC) in the early '70s.

1st Industrial Ethernet bus systems

Optical Industrial Ethernet

Introduction of Fast

Ethernet in office

networks.

Fast Ethernet is

introduced as

fieldbus.

Ind. Ethernet,

incl. wireless

and Safety

Aplicações cada vez mais complexas

e demanda de mais transparência

da área de produção

Crescimento anual de

15% até 40% da

tecnologia Ethernet

Industrial

Evolução muito

superior à época do

surgimento dos

protocolos industriais

baseados em RS-485

Crescimento exponencial da tecnologia de Ethernet

Industrial

(Profibus/PROFINET International: www.profinet.com)

Por que usar Ethernet em um ambiente industrial?

Denilson Pegaia 2010

Field level

Sensor/

actuator

level

HMI / Control level

Production management

Production Area

Uma estrutura de rede uniformizada

Continuidade até o chão de fábrica

Redução de interfaces

Engenharia em qualquer ponto da planta

Uso das vantagens da TI nas áreas de produção

Acesso remoto

Serviços de Web

Atualização de Software

Melhorias em relação aos sistemas hoje existentes

Alto desempenho

Quantidades ilimitadas

Operação simples

Production management

Production Area

Topologias de automação convencionais:

Protocolos diferentes dificultam transparência de dados

Ethernet Industrial

Web/TCP/IP

Diagnóstico

Dispositivo de campo

WLAN

IHM CLP PG/PC

Dispositivo de campo

Dispositivo de campo

CLP

Dispositivo de campo

Ethernet Industrial

Web/TCP/IP

Diagnóstico

IWLAN

Topologias de automação com Ethernet Industrial (PROFINET)

IHM PG/PC CLP

Dispositivo de campo

Acionamento

Controle de

movimento

Ponto de Acesso Wireless

Um barramento único para todas as suas tarefas

Process

Automation

Motion

Control

Factory

Automation

• Automotive Industry

• Machine tool industry

• Logistic & Transportation &

Material Handling

• Electro Industries

• Textile Industries

• Wood-, ceramic-, glass

processing machines

• Plastic injection, molding

machines

• Packaging machines

• Printing presses

• Oil & Gas, Energy

• Chemicals

• Pharmaceutical

• Mining & Metal

• Food & Beverage

• Water & Waste Recycling

Mercados alvo da tecnologia de Ethernet Industrial:

Todos os segmentos industriais

Em 2004 a AIDA (consórcio formado

pelas quatro maiores montadoras

alemãs) anunciou a adoção e suporte de

Ethernet Industrial (PROFINET) como o

padrão de rede industrial a ser adotado.

Importantes conquistas:

Consórcio formado pelas quatro maiores montadoras alemãs

• A integração de informações e funções de

segurança,

• A simples interoperabilidade com a base

instalada (PROFIBUS e Interbus)

Razões

dadas para

a decisão

e muitos mais ...

Motivação e história

Benefícios conceituais

Vantagens na prática

Visão

1.

2.

3.

Conteúdo

4.

Localização Ambiente hostil Escritórios com ar

condicionado

Instalação Pessoal de montagem

industrial

Especialistas de rede

Topologia Dependente da planta Estrela

Disponibilidade Interrupções na

rede < 300 ms

Faixa aceitável variando

de segundos até alguns

minutos

Densidade de dispositivos Baixa, switch’s

com poucas portas

Alta, switch’s

com muitas portas

Monitoração da rede É parte da supervisão da

planta

Feita por pessoa(s)

especialmente treinada(s)

Escritório Indústria

Diferenças entre a rede industrial e rede de escritório abre

novas oportunidades

linha

Estrela

Anel

Árvore

Grande

variedade

de opções

de

topologia

Topologia em linha utilizando-se os switches

integrados nos dispositivos

Topologias em árvore ou estrela

Redundância em anel, com configuração em tempo real

Topologias de rede: Flexibilidade e confiabilidade

PROFINET

SNMP Socket

IP

TCP / UDP

Sistema de sensores PROFINET

IO-Controller PLC

PC Servidor SNMP/OPC

PROFINET IO-Device Dispositivos de campo

PC Internet Explorer

Tempo Real RT IRT

Ethernet

Comunicações TCP/IP padrão junto com recursos de comunicação

industrial (tempo real) em conformidade com IEEE 802.3

Aproveitando as vantagens da comunicação em Ethernet, sem

risco para a performance da produção industrial

HTTP

A vantagem do uso de Ethernet Industrial (EI) em comparação com

soluções convencionais: Mais eficiência no equipamento e processo

Exemplo: Comparação de EI com PB

EI 60 stations

Token rotation or

updating time

typ

max

DP/12MB

23

DP/1,5MB

92

6

37

EI

1

Redução de custo com a

performance de EI

Tempo de ciclo mais rápido

Produção mais rápida

Redução de protocolos e

interfaces

Mesma quantidade de

equipamentos ou até mais

Cycle time

8 – 10 ms

Cycle time

1 – 2 ms

(ms)

Dados de segurança e processo na mesma rede – fácil e

econômico

O barramento

à prova de

falhas

Atende às categorias mais altas de segurança

Nível de Integridade de Segurança SIL 3 / PL e / Cat. 4

Diagnóstico e interface de usuário uniformes

Reduz o número de modelos, peças e interfaces

Wireless também

Standard & Fail-safe I/O

Fail-safe Controller

PROFINET w/ PROFIsafe

Processo e Segurança

em um único sistema

Emergency

stop

Emergency

stop

Emergency

stop

Processo e Segurança

em sistemas separados

Emergency

stop

Standard

I/O

Standard

PLC

Emerg.

stop

Safety

relays

Emergency

stop

Acesso fácil via

Internet-Browser

Não precisa

ferramenta de

engenharia

Diagnóstico de rede

online

Acesso read/write

de variáveis de

processo

Página web

customizada

processo

On line

topologia

rede

On line

alarmes

diagnóstico

Mais eficiência na manutenção e outros serviços com

as ferramentas WEB

Web

Server

integrado

Ethernet Industrial

Motivação e história

Benefícios conceituais

Vantagens na prática

Visão

1.

2.

3.

Conteúdo

4.

Integração horizontal e vertical, juntando as áreas do processo produtivo e da subestação de energia

1) Solução convencional:

SCADA Processo

CLP 01

Instrumentação

CLP 02

SCADA Energia

Relé 01

Relé 02

Barr

eir

a

Centro de Controle/Operação Regional

Painel de interligação de

energia

Motores/Acionamentos/ Disjuntores/Seccionadoras

/Transformadores Processo

2) Solução com barramento único:

SCADA Processo

CLP 01

Instrumentação

Relé 02

Centro de Controle/Operação Regional

Acionamentos

Disjuntores Seccionadoras

Transformadores

Barr

eir

a

Profinet / IEC61850

SCADA Energia

Profinet / IEC61850

Relé 01

3) Solução integrada:

SCADA integrado para Processo e Energia

Instrumentação

Centro de Controle/Operação Regional

Acionamentos

Profinet / IEC61850 Profinet / IEC61850

CLP 01

Disjuntores Seccionadoras

Transformadores

Relé 01 Relé 02

VALVES

HMI

PLC

Rfid

PLC safety

HMI safety

I/O IP20 safety

I/O IP20

I/O IP67

INVERTER

I/O IP67 safety

ETHERNET

SafetyBUS

FieldBUS

Cabinet

ETHERNET

SafetyBUS

FieldBUS

ETHERNET (Plant line)

Estudo de caso real - Alternativa 1:

Sistema de automação convencional

MTBF: Mean Time Between Failure

MTTR: Mean Time To Repair

HMI

PLC Motion + Safety

Profinet

VALVES

SIP

I/O IP20 Motion + Safety

I/O IP67 Motion + Safety

INVERTER

HMI

Cabinet HMI

HMI

PROFINET

Ethernet (Plant line)

Estudo de caso real - Alternativa 2:

Sistema de automação baseado em Ethernet Industrial (PN)

MTBF: Mean Time Between Failure

MTTR: Mean Time To Repair

Qual ROI (return on invest) do uso da tecnologia

Industrial Wireless LAN de fato?

Invest.

típico

Manut.

anual

TCO após 3

anos

Convencional

(com cabo)

65.000 € 23.000 € 134.000 €

Com IWLAN

80.000 € 6.000 € 98.000 €

Δ +10.000 € - 17.000 € -36.000 €

Fator ROI > 3x

Example: Power Trolley Systems Other examples:

Automatic Guided Vehicle Systems

Fator ROI > 2x

Industrial Cranes

Fator ROI > 5x

A eficiência do uso de Ethernet Industrial reduz significadamente o

TCO (Total Cost of Ownership) da sua planta

Planta otimizada TCO

Planta convencional TCO

Redução de custo com

Ethernet Ind. PROFINET

(*) durante tempo inteiro

de operação da planta

Investimento

inicial (%)

Custo

operacional (%)*

Custo de

manutenção (%)*

Manutenção Produção Design &

Instalação

Performance

Confiabilidade

/estabilidade

Eficiência

energética

Diagnóstico

Arquitetura

inovadora

Cabo único

Web

Troca rápida

de equip.

Diagnóstico

20

40 Investimento

inicial

30

18

Custo de

manutenção

22

30 Custo de

operação

60

100 (%)

- 25%

- 40%

- 50%

- 40%

60

100

40

50

100

50

100

7525

60

100

40

50

100

50

100

7525

Fonte: membro RPA do Brasil, estimativa conservadora

A eficiência do uso de Ethernet Industrial reduz significadamente o

TCO (Total Cost of Ownership) da sua planta

Investimento

inicial

Custo de

manutenção 20

22

40

30

30

18Custo

operacional

60

100 (%)

- 40%

- 25%

- 50%

- 40% Planta otimizada TCO

Planta convencional TCO

Redução de custo com

Ethernet Ind. PROFINET

Fonte: membro RPA do Brasil, estimativa conservadora

Motivação e história

Benefícios conceituais

Vantagens na prática

Visão

1.

2.

3.

Conteúdo

4.

Visão do futuro de automação industrial: Unificação dos dados do

produto e da produção do mesmo na empresa digital

Inteligência e transparência de dados sobre produtos e um ciclo de vida de

produção integrado

Juntar os mundos virtuais e reais (físico) de planejamento e produção

Plataforma digital unificando os ciclos de vida de produto e

processo

Compartilhamento de conhecimento

entre os dois mundos

Acelerar o time-to-market: Unificação dos processos

de ciclo de vida do produto e da produção

ontem hoje amanhã

Processo

Plan

Develop

Build

Support

tempo

Serial e isolado, sem

integração dos sistemas

de SW

Processos continuam na maioria

isolados e seriais, com integração

parcial de dados

tempo tempo

Processos integrados e

um único ciclo de vida

Produto Produção (contínuo e discreto)

Further optimization of individual processes

yielding diminishing marginal returns

Achieving continued time savings of 50%

depends on unifying processes

Com a integração dos processos de ciclo de vida do produto e da produção, o time-to-market pode ser reduzido em 50%