solução integrada para automação em usinas de açúcar e Álcool

ASSOCIAÇÃO PROFIBUS BRASIL www.profibus.org.br SET/2007

Solução Integrada para Automação em Usinas de Açúcar e Álcool

Usina Alto AlegreUnidade Santo Inácio/PR


Grupo Lincoln Junqueira

Grupo Alto Alegre

• Unidade Central – Presidente Prudente/SP• Unidade Floresta – Presidente Prudente/SP (Distrito de Eneida)• Unidade Junqueira – Colorado/PR• Unidade Santo Inácio – Santo Inácio/PR• Unidade Alta Mogiana – São Joaquim da Barra/SP

• 10500 funcionários• Faturamento de R$ 950.000.000,00• 9.200.000 toneladas de cana• 17.000.000 sacas de açúcar• 215.000.000 litros de álcool• 120.000 MWH de energia


Grupo Alto Alegre


AA - Unidade Santo Inácio

• Primeira Safra - 2007• Produtora de Açúcar, Álcool e Co-geração de Energia Elétrica• Moagem: 1.000.000 toneladas de cana/safra/ano• Primeira Safra: 60.000.000 litros de álcool e 21 MW/h energia


AA - Unidade Santo Inácio

Maior Obra do Segmento “Álcool” com Capital Privado

Fonte: Revista Exame – Anuário 2006-2007


Unidades Existentes

Arquitetura Convencional de Controlador, Sistema de I/O e Dispositivos de Campo

• Necessidade de uma infra-estrutura de bandejamento de cabos, painéis de rearranjo e muitos racks de I/O na sala de controle

• Tempo de reparo elevado em caso de danos no cabeamento

• Baixa capacidade de configuração e diagnóstico on-line (contínuo e sob demanda) dos dispositivos de campo

• Qualidade das variáveis analógicas medidas susceptível a degradação por ruído eletromagnético, erros nas conversões A/D e D/A, malhas de terra, etc.


Objetivos na construção da nova unidade

• Garantia de ganhos produtivos ao longo da vida útil da planta

• Alta disponibilidade do sistema de controle de processo e energia, reparo e ampliação à quente (24h/7dias durante toda a safra)

• Gerenciamento e operação centralizada da produção Industrial - COI permitindo agilidade e qualidade na tomada de decisões

• Arquitetura simplificada, aberta e padrão de redes de comunicação

AA – Unidade Santo Inácio


Objetivos na construção da nova unidade

• Engenharia centralizada e uniforme para todos os componentes do sistema de controle e dispositivos de campo (Instrumentação, Válvulas, Acionamento de Motores, etc.)

• Gerenciamento de ativos & diagnósticos automáticos de todos componentes do sistema

• Integração total dos sistemas de Automação de Processo e Automação de Energia

• Redução do custo e segurança operacional

• Na visão do cliente, eles estavam buscando a Usina Ideal

AA – Unidade Santo Inácio


Resumo das Tecnologias

PROFIBUS - DP

PROFIBUS - PA

AS-Interface

PRO

FIB

US

-DP

Ethernet

DP/AS-I Link

DP/PA Link

ET200M

Ethernet Industrial

Remota para aquisição de dados convencionais (4-20 mA, 24 Vdc, etc.)

Rede digital para controle de processos industrias

Rede digital paracontrole/acionamento de válvulas ON/OFF e sensores

CCM’s Inteligentes com Multimedidores, Disjuntores, Inversores, Softstarter e Simocodes


Arquitetura Totalmente Integrada

• Configuração comum e uniforme de todos os componentes do sistema de automação (controladores, remotas de I/O, acionamentos, instrumentação e dispositivos de distribuição de energia)

• Gerenciamento comum dos dados de configuração do sistema de automação e seus componentes em um única base de dados

• Comunicação comum e integrada do sistema de automação e seus componentes, baseada nas redes Profibus e Ethernet, com configuração uniforme, acesso a todas as funções de engenharia em ambas as redes e sistema automático de diagnóstico integrado de falhas sem necessidade de programação com funcionamento idêntico em ambas as redes

• Configuração a quente das alterações e ampliações do sistema de controle de processo e seus dispositivos de campo sem necessidade de parada dos controladores (Configuration in Run – CiR)


Arquitetura Totalmente Integrada

• Redução drástica na infra-estrutura de cabeamento e tempo de reparo e manutenção

• Amplos recursos de configuração e diagnóstico on-line (contínuo e sob demanda) de todos os dispositivos de campo (transmissores,posicionadores de válvulas, inversores, relés de proteção de motor, remotas de I/O, etc) conectados em rede

• Sistema totalmente digital de aquisição e transmissão das variáveis de processo analógicas e digitais entre os dispositivos de campo e o controlador, com alta resolução, imunidade à ruídos eletromagnéticos e correção de erros incorporada

• Facilidade na implementação de redundância da rede de campo


Arquitetura do Sistema

Servidor de Visualização(Processo)

ServidorPIMS

Estação de Engenharia

ServidorWEB

System bus Ethernet

Servidor de relatórios PIMS

Servidor de Visualizaçãopara Energia

Relay 1

…Relay 2

Relay 26

Terminal bus Ethernet

Caldeira

PRO

FIB

US-

DP

(Red

unda

nte)

. .

.

InversorSimocode

ET 200M

...

Estação de Engenhariade Energia (Casa de força)

SICAM PAS Station Unit

CENTRO OPERAÇÃO INTEGRADO - COI

Sala de Controle da Subestação

Time Synchronization Master (GPS)

Moenda

PRO

FIB

US-

DP

AS – Interface

.

.

.

. . .

InversorRelé

PROFIBUS-PA

. . .

IEC 61850 (Ethernet TCP/IP)

PROFIBUS-PA

. . .


Quantitativos

• 06 Automation System (AS’s – Controladores de Processo)

• 13 Redes Profibus DP ( ~ 310 nós)

• 23 Redes Profibus PA (~ 350 nós)

• 17 Redes AS-Interface ( ~ 330 nós – Monitores Válvulas)

• 02 Remotas ET200M (Sinais Convencionais – 64DI, 64 DO e 48AI)

• 07 Y-Links (Redes Profibus Redundantes)

• 09 Multimedidores MID144

• 09 Disjuntores 3WL

• 87 Partidas com Softstarter 3RW44

• 143 Partidas diretas com Simocode 3UF70

• 47 Partidas com Inversor (45 MM4 + 02 SINAMICS)

• 04 Partidas Inversores Siemens – Robicon (Média Tensão)

Alto

Ale

gre

–U

nida

de S

anto

Iná

cio


Quantitativos

• 02 Servidores Redundantes SIMATIC PCS7 (Servers)

• 01 Estação de Engenharia

• 08 Estações de Operação (Clients)

• 58.000 Pontos de Supervisão

• 01 Servidor WEB

• 01 Servidor de Relatórios

• 01 Servidor de PIMS

• 01 Servidor Historiador

• 01 Servidor Geração de Energia SICAM PAS

• 01 Estação de Operação para Geração de Energia

• 01 Estação de Engenharia para Geração de Energia

• 26 Relés de Proteção

Alto

Ale

gre

–U

nida

de S

anto

Iná

cio


Solução TIA – Características Básicas

• Ambiente único de configuração e programação para todos os controladores do sistema (intertravamento rápido, controle regulatório& sequencial)

• Toda a comunicação entre os controladores e estações de operação do sistema é feita através do barramento de sistema em EthernetIndustrial (100 MB/s) e com um único protocolo.

• A integração do Simatic PDM – Gerenciamento de Ativos dentro de um único ambiente de Engenharia (programação).

• A troca de dados entre os controladores é configurada a partir de funções padronizadas (sem programação), de forma homogênea, sem a necessidade de alteração nos formatos dos dados e endereçamento, utilizando os mesmos métodos e técnicas de configuração em todos os elementos do sistema, reduzindo significativamente a necessidade muitas horas de engenharia.



• Integração total dos alarmes, eventos e diagnósticos (tanto de hardware quanto de processo) dos controladores do sistema, além de haver uma única base de tempo (sincronismo de relógio) comum ao sistema inteiro.

• A visualização global dos dados de processo existentes nos controladores em um única Estação de Engenharia é possível devido a existência de uma única base de dados e um único ambiente de engenharia

• Apenas um conjunto de peças de reposição padrão da mesma tecnologia é necessário para todo o sistema



• Apenas um conjunto de treinamentos padrão é necessário para a operação e manutenção de todo o sistema

• A integração das diversas ferramentas de gerenciamento dos dispositivos de campo (ex.: transmissores, posicionadores de válvulas, inversores, CCM’s inteligentes, etc) e a estação de engenharia é total.

• Além disso, o acesso destas ferramentas aos dispositivos de campo éfeito via rede (Ethernet), sem a criação de bases de dados de configuração adicionais e completamente separadas, facilitando o gerenciamento das mudanças de configuração, manutenção baseada em condição e calibração destes dispositivos


Configuração Orientada a Objeto


Modelo Físico na Estrutura do Projeto

Fermentação

Tanque

Hierarquia do Sistema de Controle de Processo

Modelo Físico (Estrutura da Planta)

Linha de transferênciade vinhaça

Válvula de Controle


Configuração Orientada a Objeto

PROFIBUS PA

M OS

PROFIBUS DP

ES

Estção de Visualização/Operação Diagrama de controle

Estação de Engenharia


Diagnóstico/Gerenciamento Ativos

Standard Office Software

MIS, ERP, Asset Management

Controlador

Industrial Ethernet

Estação de Engenharia (SALA DE CONTROLE)

SIMATIC PDM:- PROFIBUS-PA- PROFIBUS-DP- HART

SITRANS F

PROFIBUS-PA

SIPART PSSITRANS P

PROFIBUS-DP

DP/PA-Link

Módulo de I/O4-20 mA / HART

ET 200M

Diminuição da necessidade de ida ao Campo (Aumentar a segurança do profissional)

Switch


Roteamento Ethernet - Profibus

• Cada Instrumento de Campo pode ser acessado, transparentemente.

Industrial Ethernet (100 MB/s)

PROFIBUS DP

Controlador 1

Estação de Engenharia para o

Sistema de Controlede Processo e

Devices de Campo

Instrumentaçãoem HART

Controlador 2 Controlador 3 Controlador N


Simatic PDM

Gerenciamento de Dispositivos de Processo

• Parametrização / comparação

• Variáveis de processo • Curvas • Gráficos em barras • Diagnóstico de dispositivos • Status • Qualidade

• Comissionamento• Calibração • Alinhamento • Ajustes

• Identificação • Bus scan (life list) • Identificação de dispositivo


Simatic PDM


Bopp&Reuther

Simatic PDM – Integração Total

• Mais de 1.000 tipos de instrumentos de campo sãointegrados com SIMATIC PDM

• Estes instrumentos vem de mais de 150 fabricantesdiferentes

• Todas as informações de quaisinstrumentos / equipamentosde campo podem ser parametrizados usandoSIMATIC PDM, se encontra nainternet.

• Tecnologia EDDL


Plant Asset Management

Monitoring Diagnostics MaintenanceRequest

Maintenance, Task

Online, funções em tempo real para integração do Plant Asset Management Systems do PCS 7:1.) Monitoração dos componentes do sistema2.) Geração de mensagens na mudança de status3.) Monitoração das informações de diagnóstico4.) Geração de pedidos de manutenção5.) Registro das atividades de monitoração

PCS 7 Plant Asset ManagementImplementation

per International

Standards

(NAMUR

recommendations

NA 64 and NE 91)

Representação dos status no SIMATIC PCS 7

Normal

Simulação

Função de Controle/ local

Anúncio de ManutençãoPrioridade (medium)

Anúncio de Manutenção

Prioridade (low)

Alerta de Mnautenção(high)

Solicitação de manutenção

não acionado

Solicitação de Manutençãoem Processo

Solicitação de manutenção

acionada


Diagnóstico On-line


Benefícios

Configuração• Redução do tempo de engenharia• Aumento de produtividade de todos os participantes do projeto

Comissionamento• Reconhecimento e eliminação rápida de erros e falhas• Economia de tempo através de download entre redes• Sincronização automática de dados economizam tempo

Operação• Redução de tempo de paradas• Aumento da disponibilidade• Alto grau de flexibilidade• Aumento da transparência facilita a otimização


Benefícios

Geral

• Redução dos custos de ciclo de vida

• Respostas rápidas a mudanças da situação do mercado

• Inclusão de novos equipamentos durante a Safra sem a necessidadede parar a Produção

• Acompanhamento para Manutenção e Diagnose Remota do Sistema durante a Safra

• Desta forma traz a planta para uma realidade mais produtiva e pronta a atender às necessidades do mercado local e internacional


Industria


COI – Centro Operações Industriais


Paulo Eduardo Paulo Eduardo LattaroLattaroDiretor tDiretor téécnicocnico

Tel.:Tel.: +55 16 2105 4945+55 16 2105 4945Fax.:Fax.: +55 16 2105 4900+55 16 2105 4900Cel.:Cel.: +55 16 8131 3435+55 16 8131 3435ee--mail:mail: [email protected]@atmaautomacao.com.br

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