Pintura automatizada Dürr - Mecatrônica Atual

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Pintura automatizada Dürr - Mecatrônica Atual

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Diego Moreno Gomes

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V. de Souza, Carlos Alberto Grosman,

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Efeitos de uma

crise econômica

E o ano da crise mundial se foi. Muita coisa aconteceu em diversos países,

mas no Brasil alguns setores se deram melhor que outros. O que notamos é que

havia um concerto entre vários empresários e associações em comparar a queda

de vendas deste ano em relação a 2008. Até parece que o salto significativo de

vendas de 2007 para 2008 não era nada. Se compararmos 2007 com 2009 po-

deremos notar pequena diferença para melhor ou pior, dependendo do setor.

Segundo a Abinee o comportamento da área de automação industrial não

foi uma das melhores como um todo, e para ilustrar melhor o comportamento

do setor resolvemos registrar os 3 últimos anos. Em 2007 tivemos um fatura-

mento de R$ 3097 milhões a preços correntes. Em 2008, R$ 3446 milhões e

em 2009, R$ 2861 milhões, ou seja pouco abaixo de 2007, logo considerando-se

o tamanho da crise, o efeito em nosso país foi mesmo pequeno.

Notamos que o empresariado não está demitindo os funcionários qualificados

e isto mostra a confiança de breve retomada. A Abinee projeta um crescimento em

2010, de 11 % sobre os resultados de 2009, para a automação industrial, devendo

chegar a R$ 3176 milhões, um pouco acima do número de 2007.

Nesta edição, mostramos ainda a breve história que aconteceu há alguns

anos com um acidentado em uma prensa. Muitos falam sobre os acidentes e

quando acontecem projetam que o futuro do acidentado será difícil, mas não

chegam perto de imaginar a realidade dos próximos anos para o acidentado,

sua família e seus colegas de trabalho. Ao constatar em nossa Redação a triste

história do Sr. Jube, resolvemos mostrar o que vem ocorrendo em nosso país

nos últimos anos, e as parcas providências do poder público.

Hélio Fittipaldi

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índice

40

44

16

26

33

40

44

48

Editorial

Notícias

26

Diagnóstico de falhas

e alarmes em Sistemas

Supervisórios e CLPs

Reportagem: Segurança

Como programar o CLP

CJ1, da OMRON

Protocolo digital Hart

Segurança em

automação industrial

Pintura automatizada Dürr

Sitara - Microprocessador

para aplicações industriais

03

06

14


notícias

Schneider Electric faz parceria

com a Foz do Brasil

a empresa schneider electric fechou uma parceria para

o fornecimento de soluções para a Foz do Brasil, uma empresa

da organização odebrecht. a companhia, especialista

na gestão de energia e automação, está modernizando os

sistemas de abastecimento de água e esgoto sanitário nas

concessões e parcerias em que a Foz do Brasil atua.

com a aplicação dos produtos da schneider a Foz do

Brasil está alcançando economia e interação. a implantação

de novas soluções de automação e supervisão facilitou também

a gestão operacional dos processos de bombeamento e

tratamento de água, assim como afastamento e tratamento

de esgotos.

“este sistema eficiente auxilia na economia dos recursos

naturais e também financeiros. essa parceria trará muitos

ganhos, tanto para a Foz do Brasil quanto para o meio ambiente”,

garante carlos alberto costa crusciol, gerente de

contas de saneamento da schneider electric.

a schneider electric atua de forma padronizada na Foz

do Brasil, proporcionando unificação da automação e supervisão,

dos treinamentos e do intercâmbio de seu corpo

técnico. Limeira (sP) foi o primeiro município beneficiado

pelas melhorias do sistema supervisório. cachoeiro do itapemirim

(es), vitória (es), rio claro (sP) e rio das ostras (rJ)

serão as próximas cidades que contarão com as soluções em

suas estações de tratamento de água (eta), de tratamento

de efluentes (ete) e elevatórias de esgoto (eee).

Por meio de soluções que incorporam a instalação de controladores

programáveis, variadores de velocidade, chaves de

partida soft-start e sistemas de supervisão, a Foz do Brasil

acompanha todas as ações em cada uma das cidades pela

Web. com isso, a empresa gerencia as redes, as estações de

bombeamento e os reservatórios de forma simples e rápida.

outra vantagem é o monitoramento da distribuição de água

e do transporte de esgotos 24 horas por dia.

a visualização instantânea de alarmes e o controle da

vazão de entrada e saída das estações elevatórias de esgoto,

por exemplo, permitem tomadas de decisões rápidas, caso

o sistema identifique entupimento de redes ou problemas

com as bombas. outro destaque das soluções implantadas

pela schneider electric é a geração de relatórios detalhados

sobre todos os processos.

Mecatrônica Atual :: Novembro/Dezembro 2009

A Schneider Electric atua de forma padronizada na Foz do Brasil,

proporcionando unificação da automação e supervisão, dos

treinamentos e do intercâmbio de seu corpo técnico.

Combustol conquista Recertificação

ISO 9001:2000

a Divisão de tratamento térmico da combustol, pertencente

ao Grupo combustol & metalpó, acaba de obter a

recertificação para a iso 9001:2000, norma que se baseia em

princípios de gestão usados como um guia para a melhoria

da performance das organizações.

“a manutenção da certificação é de extrema importância

para nossa empresa, pois ela significa uma garantia para nossos

clientes, que exigem esta norma. com a is0 9001:2000,

eles sabem que estamos atendendo todos os requisitos de

qualidade demandados”, diz edno Zucherato, coordenador

de engenharia e representante da direção no sistema de

Qualidade da Divisão.

a Divisão de tratamento térmico trabalha na implantação

de adequações relacionadas à iso 9001:2008, revisão

que substituirá a atual norma iso 9001:2000, até o prazo de

11 de novembro de 2010. De acordo com Zucherato, a nova

revisão contempla poucas mudanças na essência da norma.

“Basicamente, a iso 9001:2008 traz um maior detalhamento

na descrição dos requisitos, proporcionando maior clareza

e facilidade de utilização”, completa.

Na próxima auditoria de manutenção, realizada semestralmente,

a divisão de tratamento térmico da combustol

já estará com as adequações realizadas conforme as novas

exigências, visando a obtenção da iso 9001:2008.

Curtas

Schneider Electric / divulgação

Crescimento

a atividade industrial paulista cresceu pelo segundo

mês consecutivo em outubro, mas o ritmo de expansão

caiu mais do que pela metade, segundo dados da Fiesp.

o indicador de Nível de atividade (iNa) cresceu 1,6%

em outubro ante setembro, segundo dados com ajuste

sazonal. sem ajuste, houve alta 4,5%. mas na comparação

com outubro de 2008, a atividade recuou 4,6%. No

ano, o iNa acumula baixa de 11,6%.

o dado de setembro foi revisto para baixo para crescimento

de 3,6% contra agosto com ajuste, ante a leitura

preliminar de alta de 4,3%.


Balanço da Abinee no ano

da crise econômica

O desempenho das indústrias de elétrica e eletrônica

não foi tão bom quanto o ano passado. Segundo a

pesquisa da ABINEE - Associação Brasileira da Indústria

Eletroeletrônica, anunciada em coletiva de imprensa

por seu presidente, Humberto Barbato, uma queda de

aproximadamente 9% ocorreu devido aos reflexos da

crise econômica mundial, afetando a economia brasileira,

tanto quanto o setor e seus segmentos. O faturamento

total passou de R$ 123,1 bilhões (2008) para R$ 112,2

bilhões neste ano.

Sustentados pela carteira de pedidos pré-crise e investimentos

dos setores de petróleo e gás, fabricantes

de bens de capital, como Automação Industrial, conseguiram

níveis razoáveis de faturamento no começo de

2009. Porém, a partir do segundo trimestre começaram

a ressentir a falta de novas encomendas. Esta área apresentou

uma queda de 17%, a segunda maior retração,

perdendo só para o setor de telecomunicações. Suas

exportações fecharam com redução de 18% e as importações,

12%.

Para 2010, a expectativa das empresas é que o faturamento

total atinja R$ 124,9 bilhões. O setor de automação

fica na dependência econômica do país e espera

um crescimento de aproximadamente 11%. Segundo

Nelson Ninnin, diretor da ABINEE da área de Automação

industrial e presidente mundial da ISA (associação dos

profissionais de automação fundada nos Estados Unidos

em 1.945), a área de manufatura está lenta e saturada

em comparação com a de processo.

O nível de empregos do setor eletroeletrônico

também está instável. No começo do ano, o número de

funcionários chegou a 161 mil, passou para 155 mil em

maio e pode terminar o ano com 160 mil. O fato desta

instabilidade ocorrer sem muitas demissões mostra as

boas expectativas das empresas para o ano que vem,

pois o custo de demissão e de recontratação a curto

e médio prazo não compensa. Com isso, o número de

empregados em 2010, pode chegar a 163 mil ou mais.

Em outubro, um dos destaques de alta entre os setores

pesquisados foi Veículos Automotores, com avanço

de 7,9% mês a mês com ajuste sazonal, e Alimentos e

Bebidas com expansão de 7,7%.

Entre os setores, as maiores taxas de uso da capacidade

foram de Coque, refino de petróleo, combustíveis

nucleares e produção de álcool, com 98,9%, segundo

dados sem ajuste sazonal, e Celulose, papel e produtos

de papel com 91,5%.

//notícias

Queda no faturamento de

outubro preocupa Abimaq

Em relação ao mês anterior, a Abimaq, Associação Brasileira

da Indústria de Máquinas e Equipamentos, registrou uma queda

de 10,1 % no faturamento de seus associados. Os números continuam

em baixa ao comparar janeiro-outubro deste ano com

o mesmo período em 2008. A queda do faturamento foi 21,2%,

passando de R$ 65,63 bilhões para R$ 51,72 bilhões, neste ano.

Com a inflação, o total pode chegar a 23,6% negativo.

Segundo o Diretor Secretário da Abimaq, Carlos Buch Pastoriza,

a empresa esperava que o volume de faturamento fosse

chegar a uma queda de 15%, no entando, registrou cerca de

20%. “Isto é um reflexo do auge da crise. Este mês de outubro

foi um buraco negro”, afirma o diretor.

O faturamento bruto real de máquinas e equipamentos,

de janeiro-outubro, em 2006 foi R$ 49,23 bilhões, crescendo,

em 2007, para R$ 54,55 bilhões. Em 2008, houve um aumento

significativo para R$ 66,35 bilhões. E este ano caiu para R$ 51,47

bilhões. A alta porcentagem na queda é consequência de um aumento

significativo no ano passado. Uma vez que os números de

2007 e 2009, se comparados, não apresentam tanta diferença.

Contratações

Se por um lado, o faturamento anual da Abimaq caiu, por

outro, as contratações feitas pela empresa continuam a subir. O

setor está otimista e por três meses consecutivos, agosto/setembro/outubro,

apresentou uma incremento de 0,1%, resultando

em 272 novos contratados. No entanto, em comparação com

o mesmo período do ano passado, que foi um ano excepcional,

o número de empregados caiu 6,8%.

Perspectivas

Entre as perspectivas para o próximo ano, a desoneração

total do setor é esperada pelo presidente Luiz Aubert Neto.

“Esperamos que em 2010, o governo fique sensibilizado com a

nossa situação e desonere a nossa cadeia produtiva para voltar

a gerar crescimento e empregos dentro do País”. E como todo

início de ano o primeiro trimestre é fraco para investimentos,

a Abimaq acredita que só após o carnaval, o setor poderá

apresentar indícios de melhoria.

Novembro/Dezembro 2009 :: Mecatrônica Atual


notícias

Mauá oferece MBA em Engenharia

e Negócios do Gás e Petróleo

Com a recente descoberta do pré-sal, a sua exploração

tende a abrir oportunidades para o país e principalmente para

profissionais de diversas áreas. Com o objetivo de preparar

os graduados interessados nesta especialização técnica, o

Instituto Mauá de Tecnologia - IMT está lançando o MBA

Engenharia e Negócios do Gás e Petróleo.

O curso terá a carga horária de 360 horas e será ministrado

às segundas e quartas- feiras no próprio campus do

Instituto. A metodologia de aulas envolve análises, discussões

de casos, debates e exercícios ao longo de todo o curso.

Este programa foi elaborado a partir da identificação das

exigências do mercado, mediante consulta a empresas de

grande porte do setor, para identificar as habilidades e competências

imprescindíveis ao entendimento da real dinâmica

do modelo de negócios do setor de Gás e Petróleo.

Assim, entre outras disciplinas, o programa do curso inclui

Regulamentação e Legislação para Atividades de Exploração

e Refino de Petróleo e Distribuição de Petróleo e Gás, Gestão

Ambiental, Geopolítica e Usabilidade do Gás Natural,

Mercado do Gás Natural e Desenvolvimento Tecnológico,

Fundamentos da Geologia do Petróleo e Gás; Dinâmica do

Processo de Exploração de Petróleo e Gás, Tecnologia de

Perfurações de Poços e Sistemas de Distribuição Mercado

Internacional: /Trading/ de Petróleo e Gás.

As inscrições já estão abertas. A primeira turma tem

início em março de 2010. Informações e inscrições no site

www.maua.br/posgraduacao.

Mecatrônica Atual :: Novembro/Dezembro 2009

Com a recente descoberta do pré-sal, o Instituto Mauá de Tecnologia

lança o MBA Engenharia e Negócios do Gás e Petróleo. O Programa

do curso foi elaborado com as exigências do mercado sob consulta

de grandes empresas do setor.

Curtas

Emprego

O emprego na indústria paulista teve em outubro o

maior aumento desde abril do ano passado, dando

continuidade à recuperação iniciada em setembro.

Foram geradas 9 mil vagas no mês, alta de 0,28%

sobre o mês anterior, segundo dados com ajuste

sazonal divulgados pela Federação das Indústrias

do Estado de São Paulo (Fiesp) nesta quarta-feira

(11). Sem ajuste sazonal, o emprego cresceu 0,41%.

O ajuste sazonal é um cálculo feito para eliminar

efeitos particulares de cada mês, como os ligados

a feriados, datas comemorativas, estação do ano e

outros.

Na comparação de outubro deste ano com o

mesmo mês de 2008, o nível de emprego teve baixa

de 7,61%, com 184 mil postos de trabalho a menos.

No ano, o nível de emprego na indústria do Estado

acumula baixa de 1,49 %, com o fechamento de 34

mil vagas.

Dezesseis dos 22 setores pesquisadas registraram

contratações em outubro, enquanto quatro apontaram

demissões e dois tiveram estabilidade. O setor

com o maior número de abertura de vagas foi o de

Veículos Automotores, com 1.763 novos postos.

www.multimidia2.wordpress.com/Ricardo Stuckert/PR


energia

47


notícias

“R$ 4 bilhões a serem gastos em todas as unidades no País nos próximos cinco

anos.” De acordo com o setor automobilístico e governamental, este é o maior

investimento feito pela empresa no Brasil.

Produtos

Cognex Visionview disponível

em duas plataformas

A empresa Cognex Corporation,

desenvolvedora de sistemas e sensores

de visão, aprimorou a interface

de operação VisionView® com novas

funções que oferecem visualização

mais detalhada das peças ou componentes

inspecionados, armazenamento

simplificado de imagens das peças

reprovadas e opção para inspeção

via PCs. É uma interface com dis-

10 Mecatrônica Atual :: Novembro/Dezembro 2009

www.blig.ig.com.br/salaoford / divulgação

play touch screen para os sistemas de

visão Cognex In-Sight, que permite aos

operadores ver e monitorar de perto a

atividade dos sistemas de visão nas linhas

de produção.

O VisionView 1.2 aumenta a captura

de dados do aplicativo. A nova função

de pan e zoom permite um exame mais

minucioso das peças defeituosas e facilita

a regulagem precisa do foco do sistema

de visão para obtenção de imagens de

alta resolução. Os operadores das linhas

de produção também podem transferir

imagens de peças reprovadas para um dis-

Ford anuncia investimento

de R$ 4 bilhões no País

A Ford anunciou na Bahia, a ampliação da fábrica

de Camaçari, projeto que ficará com grande parcela

de um investimento de cerca de R$ 4 bilhões que

será gasto pelo grupo em todas as unidades no País

nos próximos cinco anos. É o maior investimento

da empresa no Brasil, segundo fontes do setor automobilístico

e governamental. O programa anterior,

para o período 2007/2012, é de R$ 3,4 bilhões e se

somará ao novo aporte.

A solenidade teve a presença do presidente Luiz

Inácio Lula da Silva e do governador da Bahia, Jaques

Wagner (PT).

O presidente da Ford Brasil e Mercosul, Marcos

de Oliveira, apresentou os novos projetos da companhia,

que incluem desenvolvimento de veículos,

um deles provavelmente o substituto do EcoSport.

A fábrica de Camaçari opera no limite de sua capacidade

- de 250 mil carros ao ano - e sua ampliação

vinha sendo negociada há pelo menos dois anos.

Para a construção da fábrica, a primeira de uma

grande montadora do Nordeste, a Ford aplicou US$

1,2 bilhão (na época, o equivalente a R$ 3,2 bilhões).

Na ocasião, foi beneficiada pelo regime automotivo

do Nordeste, que concedeu benefícios fiscais, como

a isenção de impostos por vários anos. A unidade

trabalha no sistema modular de produção, com

vários fornecedores instalados dentro da fábrica e

que também vão arcar com parte do investimento.

São produzidos na linha de montagem os modelos

Fiesta, Fiesta sedã e EcoSport.

Nas próximas semanas, outra montadora, a

Volkswagen, deve anunciar novos investimentos principalmente

para a fábrica Anchieta, em São Bernardo

do Campo (SP), onde são produzidos os modelos Gol,

Polo, Saveiro e Kombi, em várias versões. Recentemente,

a General Motors anunciou um programa de

R$ 2 bilhões até 2012.

positivo de armazenamento externo.

Outra novidade é a opção de executar

a interface de operação VisionView

em um PC. O software oferece todos

os recursos do painel de operações

e flexibilidade para utilização de qualquer

display que possa ser conectado

a um PC.

Estes aprimoramentos concedem aos

operadores do chão da fábrica um

controle maior sobre seus aplicativos

de visão e melhor compreensão.


Produtos

Sensor de Visão vedado com

múltiplos recursos de Inspeção

O sensor de visão vedado da Banner Engineering

com invólucro IP68 oferece durabilidade em rigorosas

condições industriais e de lavagem. O invólucro

resistente de alumínio com revestimento de níquel

do novo Presence PLUS P4 OMNI resiste a choques

e vibrações. A unidade autocontida não requer um

controlador à parte.

O novo Sensor de Visão serve para várias aplicações,

como: Inspeção de alinhamento de rótulos; Verificação

e comparação de cores; Detecção de defeitos;

Inspeção de embalagens; Verificação de montagem;

Detecção de nível de preenchimento; Inspeção de

gotas de cola; Inspeção de tampas de frascos; Prevenção

de erros, entre outros.

Foi projetado para ser utilizado nas indústrias, inclusive

as de alimentos e bebidas, farmacêutica, automotiva,

embalagens, manuseio de materiais e gráfica.

As ferramentas de posição, análise e geometria do

sensor permitem realizar a inspeção simultânea de

múltiplos itens para abranger aplicações complexas.

A interface intuitiva para o usuário, idêntica em

todos os sensores PresencePLUS, assegura a facilidade

de instalação e operação.

//notícias

Os modelos estão disponíveis com resolução de 640 x 480, ou de

1280 x 1024 para inspecionar áreas maiores em mais detalhes. Entre as

opções funcionais destacam-se a leitura de códigos de barra 2D e 1D,

reconhecimento/verificação óptica de caracteres (OCR/OCV) e inspeção

de esferas. São oferecidos como acessórios tampas de lente e aneis

de luzes LED com classificação IP68 em infra-vermelho, vermelho, verde,

branco ou azul.

Novembro/Dezembro 2009 :: Mecatrônica Atual

11


notícias

Novidades na Brazil Automation ISA 2009

No mês de novembro a empresa Elipse Software participou

do Brazil Automation ISA 2009, o 13° Congresso Internacional

e Exposição Sul-Americana de Automação, Sistemas e

Instrumentação. O evento, considerado o maior nas áreas de

instrumentação e automação industrial da América Latina, foi

realizado em São Paulo. Durante a feira, a Elipse apresentou

seus principais produtos e lançamentos.

A novidade exposta pela empresa foi o Elipse Plant Manager,

historiador de processos capaz de coletar, consolidar e armazenar

dados provenientes de várias fontes de tempo real ou históricas,

proporcionando uma plataforma para a integração dos

universos de TI e TA. A solução permite desenvolver aplicações

de inteligência industrial e análise de dados, auxiliando na tomada

de decisões e na melhoria da performance produtiva.

“Gostei do Elipse Plant Manager por agregar um grande conhecimento

na área de automação”, disse Ivando Severino Diniz,

professor do curso de Engenharia de Controle e Automação, da

Universidade Estadual Paulista – Campus de Sorocaba.

Um outro lançamento foi o E3 Power, plataforma criada

para garantir confiabilidade, qualidade e eficiência ao processo

de operação de redes de distribuição de energia elétrica. O

software apresenta um conjunto de sofisticados aplicativos de

análise de sistemas elétricos como: Processador Topológico,

Fluxo de Potência e Estimador de Estados. Além disso, possui

um ambiente de simulação que facilita a integração entre os

setores de pré e pós-operação com o centro de controle da

empresa.

A versão 3.2 do E3 também foi exposta na feira. A novidade

traz diversas melhorias em praticamente todos os componentes

que integram o software. Uma série de implementações podem

ser visualizadas no E3 Playback, E3Alarm, aba Penas do E3Chart,

E3 Studio, E3 Viewer, IODriver / IOServer, entre outros.

E um outro destaque da Elipse foi o E3 Playback, solução que

permite a interpretação de ocorrências passadas referentes a

qualquer tipo de processo.

Para mais informações acesse o site www.elipse.com.br.

Curtas

Testes

A Cognex disponibiliza para os mais variados setores

da indústria no Brasil alguns de seus kits desenvolvidos

pela empresa para apresentar aos clientes as funcionalidades

de suas soluções de rastreabilidade. Dessa

maneira, é possível obter maior conhecimento dos

recursos técnicos e de suas vantagens para alcançar

alta produtividade, controle minucioso e segurança na

produção de todo tipo de mercadoria antes da decisão

pela compra.

12 Mecatrônica Atual :: Novembro/Dezembro 2009

Produtos

Siemens no Brasil desenvolve

relé de proteção térmica digital

para transformadores

A Siemens no Brasil desenvolveu o relé de proteção

térmica digital Simotemp, integralmente adequado

à tecnologia de redes inteligente (smart grids). A

solução foi criada para proteção térmica de transformadores

e é indicada para equipamentos onde

são necessários o controle e proteção confiáveis da

temperatura. Esse novo produto indica com maior

precisão a temperatura do óleo e enrolamentos do

transformador, fatores que influenciam diretamente

no envelhecimento do sistema de isolação (papel

e óleo). Com isso é possível um controle mais eficiente

do sistema de refrigeração, visando prolongar

o tempo de vida útil do transformador.

Totalmente desenvolvido pela Siemens no País, na

fábrica da empresa em Jundiaí (SP), o Simotemp

reforça o posicionamento global da empresa em

fornecer ferramentas inovadoras que podem contribuir

desde a geração até a distribuição e consumo

de energia elétrica dentro do conceito das smart

grids. Trata-se de um produto confiável, preciso e

que pode ser utilizado praticamente em qualquer

transformador, além de ser de fácil programação e

aplicação. No País, a companhia já tem solicitações

para fornecimento dessa solução.

O Simotemp monitora as temperaturas do óleo

isolante e a temperatura do ponto quente (hot spot)

de até três enrolamentos em um único aparelho.

Além disso, possui memória de massa para armazenamento

de dados e registro de eventos, função de

pré-resfriamento e exercício do sistema de refrigeração.

Visando facilitar a interface com o usuário,

possui entrada USB frontal e software dedicado

para configuração, download e análise dos dados em

memória através de ferramenta gráfica, incluído em

cada Simotemp. Sua confiabilidade é obtida através

do emprego de componentes de alta qualidade e

sistema de contingência.

As empresas interessadas em conhecer as aplicações,

tecnologia e benefícios do sensor de visão Checker

3G, do sistema de controle visual em cores In-Sight

Micro, e do menor leitor de identificação fixo de alta

performance do mundo, o DataMan 200, agora podem

agendar testes prévios com a presença do engenheiro

de vendas da Cognex, José Carlos Bernardes Oliveira,

ou com representantes das distribuidoras da empresa

no Brasil, Pollux e OMNI.


eportagem

Automação Segura

Por que os acidentes

acontecem!?

Mesmo com a criação de normas de segurança

acidentes continuam sendo frequentes em

algumas empresas.

saiba mais

Segurança Funcional (SIS) - Parte 1

Reduza o risco de acidentes na

sua empresa

Mecatrônica Atual 24

A máquina que você trabalha é

segura?

Mecatrônica Atual 28E

Conheça o CIP Safety, protocolo para

a área de segurança

Mecatrônica Atual 35

U

14 Mecatrônica Atual :: Novembro/Dezembro 2009

ma coisa que qualquer um pode constatar

são os danos físicos, psicológicos e materiais

que os acidentes ocasionam em quem os

sofre. Os que convivem com o acidentado

também são afetados na parte psicológica,

sejam parentes ou colegas de trabalho.

Isto impacta na empresa e nos seus

produtos de modos diferentes de acordo

com o ramo de atividade, a ponto de se

refletir em seu faturamento e ocasionar

sérias consequências para a vida dela.

Conforme essa situação ficou mais

evidente, na segunda metade do século

passado algumas normas começaram a

ser elaboradas para tentar corrigir estas

fatalidades que, às vezes, atingiam a vida

dos trabalhadores.

Por isso mesmo, o que muita gente

desconhece é que ao se elaborar uma norma

o que é considerado em primeiro lugar, é

a vida do ser humano e dos animais. Nas

nações mais civilizadas e também pioneiras

na adoção dessas normas, o poder público

zela por sua aplicação correta sob pena

das sanções de lei. Nem todos os países

observam o mesmo rigor, chegando alguns

a ignorar qualquer norma de proteção ao

trabalhador e ao usuário dos produtos e

serviços das empresas.

Felizmente a globalização tem contribuido

positivamente para que em todo o mundo se

adotem normas de proteção, pois a concorrência

pelo mercado global é feroz e não se

admite mais hoje em dia, que se aceite em

razão de preço menor, um produto que não

observa as principais normas internacionais

como a IEC, a ISO e outras.

No Brasil o órgão que estabelece as normas

é a ABNT - Associação Brasileira de Normas

Técnicas, que vem se esforçando para estar

atualizada como as principais associações

do mundo. Um comitê é formado por um

grupo de pessoas que representam o setor e

as empresas que fazem parte da associação,

para discutir as normas sobre determinado

assunto. Na maioria das vezes se baseiam

em normas já existentes em outros países e

as adaptam para a nossa realidade.


Como a norma é estabelecida e não

há nenhuma sanção responsável pela não

aplicação e muito menos há fiscalização

eficaz, cabe aos prejudicados recorrerem à

Justiça caso algum acidente aconteça e o

culpado não seja a vítima, fazendo assim

valer os seus direitos. Aí sim, a norma pode

ser usada pelo advogado da vítima para

consubstanciar o processo contra a ré.

O que ocorre muito é que as vítimas

não sabem dos seus direitos e não vão

à Justiça para reinvindicá-los, seja um

trabalhador, um usuário de serviços ou

o cliente de um produto. Conforme este

entendimento vem evoluindo por parte das

empresas, dos trabalhadores e consumidores,

as normas são melhor estabelecidas

para o resguardo das partes envolvidas e

todos saem ganhando, pois também são

cada vez mais aplicadas. A Redação de

Mecatrônica Atual vem se preocupando

nos últimos anos com este tema e como

fazer uma abordagem adequada e técnica

do problema em nosso país. MA

Caso e Depoimento de Acidentado

Em 1969, trabalhando havia um ano

numa famosa fábrica de brinquedos, o

operário metalúrgico Jube Angelo Tomazi

sofreu um acidente numa prensa de 400

toneladas que pegou os dedos das duas

mãos. “Um anel que freava a máquina

se rompeu e ela entrou em operação

automática pegando as minhas mãos”

conta Jube. Na época, ele ficou de licença

pelo INPS (atual INSS) por 30 dias. Sem

os dedos da mão esquerda, e um enxerto

no dedo indicador que ficou torto e sem

movimento,como mostra a foto tirada

pela nossa reportagem, teve alta e voltou

a trabalhar na mesma prensa. Em 15 dias

gangrenou um dedo da outra mão atingida

(a direita) e devido ao discutível atendimento

hospitalar, teve novo afastamento

para amputá-lo. Ao voltar ao trabalho,

alegou que não tinha condições psicológicas

para continuar na mesma máquina e

pediu para ser transferido de seção. Dois

meses depois foi mandado embora. Dada

a mutilação e só com ensino primário, não

conseguiu mais emprego. Como a maior

parte dos trabalhos da empresa necessitavam

das mãos, passou a ser, informalmente,

vendedor ambulante.

Novembro/Dezembro 2009 :: Mecatrônica Atual

reportagem

Deixando de lado o mau atendimento

hospitalar, do INSS e da empresa, pergunta-se:

as máquinas dessa empresa

tinham manutenção preditiva!? Haviam

normas de segurança, na época, que não

foram observadas pelo fabricante da

prensa e pela fábrica de brinquedos!?

Com as normas atuais e a evolução da

tecnologia consegue-se evitar atualmente

que este tipo de acidente aconteça!?

Nem sempre, pois ainda há muita

máquina antiga funcionando nas indústrias

que não foi atualizada, ou como dizem no

meio, não foi “retrofitada” pela empresa

proprietária. Também existem máquinas

novas que não estão dentro das normas

de segurança.

Em Belo Horizonte/Minas Gerais já

encontramos medidas de segurança para

os trabalhadores. Desde 2003, o Ministério

do Trabalho e Emprego e o Ministério

Público desenvolvem o Projeto Prensa,

cujo o objetivo é fomentar a proteção de

prensas e reduzir o índice de acidentes

com mutilações de trabalhadores no

estado mineiro. Desde que foi iniciado o

projeto, cerca de 500 máquinas já foram

reformadas de acordo com as normas

de segurança, segundo informações das

procuradoras responsáveis pela sua

condução no Ministério Público do Trabalho,

Sônia Toledo Gonçalves e Maria do

Carmo de Araújo.

“A retirada das prensas por meio de

adjudicação é uma iniciativa piloto, que

adotamos para garantir a proteção dos

trabalhadores com a definitiva eliminação

das máquinas obsoletas do mercado . A

mesma providência poderá ser adotada

em outras empresas que se recusarem

a reformar seu maquinário”, enfatizou

Maria do Carmo de Araújo.

De acordo com dados da Previdência

Social, 25% dos acidentes de trabalho

ferem ou mutilam as mãos e punhos de

trabalhadores, sendo que as PRENSAS,

mecânicas ou hidráulicas, ocupam o primeiro

lugar dentre as máquinas de maior

risco. A PRENSA é um equipamento

usado para conformar, moldar, cortar,

furar, cunhar e vazar peças. Em geral, são

máquinas obsoletas, inseguras, responsáveis

por histórias de esmagamento/amputação

de dedos e mãos de trabalhadores.

15


supervisão

Diagnóstico de

Falhas e Alarmes

em Sistemas

Supervisórios e CLPs

Uma das maiores dificuldades para a solução de problemas

imprevistos em processo é a identificação correta de alarmes no

supervisório. Considerando as paradas súbitas em equipamentos

nos processos dos quais os autores participaram, estima-se que

90% do tempo total foi gasto na identificação da falha. Conheça os

mecanismos implementados para reduzir o tempo de diagnóstico

de falhas, sendo descritos três casos de melhorias promovidas

em processos da ArcelorMittal Tubarão, com as descrições das

técnicas escolhidas e os resultados obtidos.

saiba mais

HANSEN, R. C. Eficiência Global

dos Equipamentos, Editora

Bookman Ltda., Porto Alegre, 2006.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE

MANUTENÇÃO. Documento

Nacional 2007 - A Situação

da Manutenção no Brasil,

Florianópolis, Associação Brasileira

de Manutenção, 2007. 1 CD-ROM.

ALMEIDA, M. T. Manutenção

Preditiva: Confiabilidade e

Qualidade, Disponível em: www.

mtaev.com.br/download/mnt1.pdf.

Acesso em: 28 out.2007, Itajubá.

ROSÁRIO, J. M. Princípios de

Mecatrônica. Editora Prentice Hall,

São Paulo, 2005.

16 Mecatrônica Atual :: Novembro/Dezembro 2009

Johnson Pontes de Moura

UNIVC - Professor de Pós-Graduação da

Faculdade do Vale do Cricaré

Carlos Alberto Grosman

UCL - Faculdade do Centro Leste e

Discente da Pós-Graduação da Faculdade

do Vale do Cricaré

Leonardo Pereira Bastos

UCL - Faculdade do Centro Leste

Anderson Almeida Virgílio de Souza

ArcelorMittal Tubarão

Rogério de Almeida Otaviano

ArcelorMittal Tubarão

Marconi Patrício de Arruda

ArcelorMittal Tubarão

Alamir da Luz Júnior

ArcelorMittal Tubarão

Considerações Iniciais

A lucratividade de uma empresa ou

negócio vem do resultado de suas receitas

operacionais, obtidas através de vendas

de produtos ou serviços, descontando-se

os custos de produção, que são os gastos

com matéria-prima, recursos humanos e

equipamentos. Em um ambiente cada vez

mais competitivo, os custos de uma planta

industrial são controlados individualmente

e, dentre eles, estão a manutenção das máquinas

e as paradas da linha de produção,

programadas ou imprevistas, para reparo

dos equipamentos.

A manutenção tem suas estratégias

de atuação, podendo ser planejadas, com

aspectos preventivos ou preditivos, ou não

planejadas, com aspecto corretivo, ocorrendo

intervenção apenas quando há uma quebra

ou defeito de equipamento.

Durante a pesquisa sobre o assunto, os

autores observaram que o tratamento da

“manutenção corretiva” não tem referências

bibliográficas em grande número. Existem

muitas publicações quando se trata de manutenções

preventivas e preditivas, que, é claro,

são temas de extrema importância para o

gerenciamento de falhas em equipamentos.

Mas é sabido que a “manutenção corretiva

custa de 3 a 5 vezes a mais que a manutenção

preventiva e planejada, pois, tempo, trabalho,

materiais e equipamentos são desperdiçados”

(HANSEN, 2006, p. 112).


T1. Custo da manutenção/faturamento

bruto. Fonte: ABRAMAN (2007).

As técnicas de manutenção planejada

não evitam totalmente as falhas de equipamentos

de processo. E quando ocorrem estas

falhas, o que fazer? Como identificá-las em

um sistema supervisório? O que fazer para

minimizar o tempo de atendimento e reduzir

a perda de produção? Este trabalho assumiu

parte deste tema e teve como propósito

mostrar caminhos e alternativas simples para

identificar falhas através de mecanismos e

técnicas que podem ser implementados em

equipamentos que já existem na empresa,

como CLPs e supervisórios.

No item 2 mostram-se dados sobre

a manutenção de equipamentos, suas

estratégias e os tipos de falhas. Nos itens

3 e 4 tem-se a descrição do Controlador

Lógico Programável (CLP) e do Sistema

Supervisório, necessária para a compreensão

das técnicas implementadas nos três casos

reais, que são detalhados no item 5. O item

6 apresenta os resultados obtidos, que, na

opinião dos autores, comprovam a importância

do trabalho, visto a relação custo X

benefício das soluções implementadas.

Conceitos de Manutenção e

Sistemas de Automação

Segundo dados levantados pela Associação

Brasileira de Manutenção (ABRAMAN) em

2007, o custo da manutenção é estimado

em torno de 4% do faturamento bruto das

empresas, conforme descrito no tabela 1.

Visando reduzir este custo, a manutenção

atualmente passa por um processo de modernização

e aperfeiçoamento dos métodos

utilizados para obtenção do controle do

tempo de parada de produção e, naturalmente,

das perdas de geração de recursos que

isto implica. A disponibilidade operacional

efetiva de uma empresa ficou, no ano de

2007, em média, em 90,82%, e somente a

T2. Indicadores de disponibilidade. Fonte: ABRAMAN (2007).

T3. Classificação das tasks do CLP.

manutenção contribuiu com 5,3% do total

do tempo indisponível, conforme descrito

na tabela 2 (ABRAMAN, 2007).

Segundo Hansen (2006), o custo de

uma estratégia de manutenção corretiva

tem em média um custo cerca de 3 a 5

vezes maior do que quando se adota um

modo programado ou preventivo. Conforme

levantado por Almeida (2007), a

manutenção corretiva é a que apresenta

maior custo operacional devido à sua total

impossibilidade de planejamento e ao seu

aspecto de imprevisibilidade, acarretando

maior tempo de parada de produção, altos

custos de estoques de peças sobressalentes,

maior tempo gasto para reparo do equipamento,

altos custos de trabalho extra e baixa

disponibilidade de produção.

Para reduzir a perda de produção e o

tempo de parada imprevista das máquinas

ocasionados por falhas inesperadas de

equipamentos, é necessário que o pessoal

da manutenção esteja apto para reagir imediatamente

a todas as falhas das máquinas.

O primeiro passo para tratar uma falha

é descobrir o que aconteceu e qual a sua

causa. Para este fim, utilizam-se alguns

mecanismos como efetuar verificações no

processo, entrevistar o operador sobre o

ocorrido e verificar o autodiagnóstico dos

equipamentos, se houver.

Novembro/Dezembro 2009 :: Mecatrônica Atual

supervisão

Controlador Lógico

Programável (CLP)

No CLP utilizado nas áreas do LTQ

e do Laminador de Acabamento da ArcelorMittal

Tubarão, observam-se algumas

características próprias do equipamento

que são essenciais para o entendimento

deste trabalho, descritas em seu manual

de instruções.

As linguagens usadas na programação

são a Ladder, Function Block e Linguagem

Gráfica Estruturada (SFC), com velocidade

de processamento de instruções entre 40

ns (contato) e 200 ns (bloco de multiplicação).

Utiliza como método de controle

o Scan Cíclico, suporta até 20.288 pontos

de E/S e até 128.000 palavras de memória

para a programação. Na estrutura de dados

do CLP, todos os tipos de variáveis foram

definidos em conformidade com a norma

IEC 61131-3, sendo classificados em:

a) ”Local”: variável temporária ou

estática, utilizada para representar

uma entrada física, por exemplo;

b) ”Global”: pode ser uma variável

global de estação, de controlador

ou de rede. São variáveis lógicas,

internas ao CLP.

Na estrutura do CLP existe a integração

dos programas de um determinado

controlador em unidades chamadas de

17


supervisão

tarefas (tasks). Qualquer programa pode

ser executado desde que esteja incluso em

uma task. Estas tasks são classificadas

e identificadas conforme sua prioridade

de execução dos programas, conforme

demonstrado na tabela 3.

A figura 1 ilustra uma configuração de

hardware básico do CLP instalado na área

do Trem Acabador do LTQ.

F1. Hardware do CLP.

F2. Tela de operação do trem acabador.

18 Mecatrônica Atual :: Novembro/Dezembro 2009

Sistema Supervisório

Um sistema de supervisão e controle tem

por função a integração dos sistemas lógicos

e de automação, como os CLPs, através da

troca de dados entre as estruturas físicas de

comando em um ambiente de rede local,

disponibilizando informações ao operador

em uma estação de trabalho, chamada de

interface homem-máquina (IHM), para que

o mesmo possa acompanhar, gerenciar ou

manipular variáveis do processo automatizado

(ROSÁRIO, 2005).

O sistema supervisório permite a configuração

de telas que facilitam a operação,

tendo geralmente as seguintes funções:

a) tela de vista geral ou principal:

apresenta os setpoints e os desvios,

podendo ser constituída de várias

páginas;

b) tela de grupo: apresenta informações

sobre pontos em grupos de

funções com os mesmos detalhes

dos visores de instrumentos analógicos;

c) telas de malhas: apresentam uma

representação gráfica de cada

malha em detalhe. Nela pode-se

visualizar e/ou alterar as principais

variáveis da malha;

d) telas de alarme: mostram ao operador

as principais falhas ou eventos

do processo e/ou do sistema;

e) telas de tendências: podem ser

configuradas para registrar mudança

dos valores das variáveis em

um intervalo de tempo reduzido

(tempo real) ou num intervalo de

tempo maior, como horas, dias e

semanas (histórico).

Implementação das

Modificações

A seguir, é descrito cada um dos três

casos reais, nos quais as implementações

foram realizadas.

Caso do CLP do LTQ

No LTQ, apesar de serem adotados

procedimentos de manutenção preventiva e

preditiva, ocorreram paradas imprevistas dos

equipamentos, causando perda de produção

e impacto negativo na disponibilidade da

linha de laminação. Considerando-se que a

capacidade atual de produção de bobinas é

de 400 toneladas/hora, e um preço médio

de US$ 600,00 para cada tonelada, então

se obtém um valor de produção teórico de

US$ 240.000,00 por hora. Assim, cada

minuto adicional de parada imprevista

implica em uma perda de receita na ordem

de US$ 4.000,00. Para reduzir o tempo de

parada e agilizar a identificação de falhas

ocorridas na linha, foram implementadas

lógicas de monitoramento de variáveis nos

programas dos CLPs.


A laminação no trem acabador (ou FM

– Finishing Mill), ilustrado na figura 2,

consiste na redução da espessura do material

nas cadeiras F1 a F6, sequencialmente.

No caso apresentado, ocorreu uma parada

indevida do processo de laminação do

trem acabador e apareceu para o operador

apenas o alarme “parada do FM” na tela

do supervisório, sem maiores detalhes da

ocorrência, conforme figura 3, retornando

à condição normal 29 segundos depois, sem

a intervenção do operador ou de algum

técnico de manutenção.

Mesmo com a existência de telas de

manutenção, com indicações de sensores e

instrumentos, como a mostrada na figura

4 (na qual a atuação do sinal de sensor corresponde

à indicação vermelha na tela), uma

falha só seria identificada se permanecesse

constante, o que não foi o caso.

Para solucionar este tipo de ocorrência

foram implementadas lógicas no CLP

chamadas de lógicas de trap, que consistem

em criar uma identificação numérica

individual e específica para cada sensor

ou instrumento e colocá-los, utilizando

a programação em ladder, em um bloco

somador, que só irá efetuar a soma quando

ocorrer uma falha em um equipamento.

Neste momento haverá o transporte deste

valor para um campo definido, a fim de

que não seja apagado caso haja uma falha

instantânea, como um pulso de um sinal

de um sensor, por exemplo.

Na figura 5 tem-se a lógica de intertravamento

do trem acabador, onde

a saída G_FMMRHRIL (detalhe “a”) é

resultado da combinação das condições

de funcionamento das cadeiras F1 a F6

(G_F1MRHRIL a G_F6MRHRIL) e

do grupo de controle (G_FMG_AUT) e

de velocidade (G_FMS_AUT) do trem

acabador em automático ou o sinal de

carga (material presente) no trem acabador

(G_FMLRON), o que corresponde à

equação booleana:

G_FMMRHRIL = ((G_FMS_AUT .

G_FMG_AUT) + G_FMLRON) .

G_F1MRHRIL . G_F2MRHRIL .

G_F3MRHRIL . G_F4MRHRIL .

G_F5MRHRIL . G_F6MRHRIL

A figura 6 destaca que este sinal de

condição de funcionamento do trem acabador

(G_FMMRHRIL) habilita o sinal

F3. Registro (log) de eventos do supervisório.

F4. Tela de manutenção do supervisório do trem acabador.

F5. Programa do CLP com a lógica de intertravamento do trem acabador.

Novembro/Dezembro 2009 :: Mecatrônica Atual

supervisão

19


supervisão

de memória para a primeira falha ocorrida

(FM_FRST_FLT_MEM – detalhe “b”),

que, por sua vez, efetua a transferência

dos valores atuais das entradas do bloco

somador do trap. A memória do dia, hora

e minuto em que ocorreram as duas falhas

mais recentes (MRH_TRAP, a atual, e

MRH_TRAP_OLD, a anterior) também

é atualizada por este sinal.

Observa-se, ainda na figura 6, que a

última falha ocorrida (MRH_TRAP) foi

devida à condição “2”, indicando uma

falha no intertravamento da cadeira F4

F6. Tela do CLP com a lógica de trap do trem acabador.

20 Mecatrônica Atual :: Novembro/Dezembro 2009

(G_F4MRHRIL – detalhe “c”) como causadora

da ocorrência no trem acabador.

A partir destas informações, inicia-se a

pesquisa nas condições de funcionamento da

cadeira F4 para detalhar a causa da falha. A

lógica da cadeira F4, como em qualquer outra

cadeira, tem uma lógica de trap semelhante

à do trem acabador, conforme descrito na

figura 7. A condição de funcionamento da

cadeira F4 (G_F4MRHRIL - detalhe “c”)

habilita o sinal de memória para a primeira

falha ocorrida (FM_FRST_FLT_MEMF4

– detalhe “d”), que, por sua vez, efetua a

transferência dos valores atuais das entradas

do bloco somador do trap. A memória do

dia, hora e minuto em que ocorreram as duas

falhas mais recentes (F4_TRAP, a atual,

e F4_TRAP_OLD, a anterior) também é

atualizada por este sinal.

Ainda analisando a tela mostrada na

figura 7, encontra-se um bloco somador

auxiliar, cuja saída é WORK_N04 (detalhe

“f”), que também entra no bloco de trap.

Isto foi necessário devido à limitação de

entradas (15, no máximo) configuradas no

bloco somador do CLP. No caso estudado,

a última falha ocorrida (F4_TRAP– detalhe

“e”) foi devido à condição “18”, indicando

uma falha no intertravamento da cadeira

F4 (G_F4MRHRIL) como causadora da

ocorrência no trem acabador.

A figura 8 mostra a continuação da

lógica de trap da cadeira F4, permitindo

concluir que a condição “18” refere-se a uma

falha no sensor indutivo que indica que o

suporte do spindle (eixo responsável pelo

acoplamento do motor de acionamento com

o cilindro de trabalho da cadeira) inferior

de entrada está posicionado corretamente.

Por questão de segurança do equipamento,

a falha neste sensor (L_PB1ZSX46)

intertrava o funcionamento da cadeira

F4 e, consequentemente, de todo o trem

acabador.

Em caso de falha no sinal de um sensor,

a sua indicação na tela de manutenção,

exibida na figura 9, assume a cor cinza,

enquanto sua indicação normal de atuado

fica na cor vermelha. No momento da

captura da tela de manutenção, o sensor

(L_PB1ZSX46) estava com a indicação já

normalizada.

Para solucionar a ocorrência, foi efetuado

o ajuste do posicionamento do sensor

e liberado para retornar à operação normal

da linha de laminação.

O tempo total de parada de produção,

medido entre o início da falha até o retorno

da linha, foi em torno de 15 minutos.

A identificação da falha, com a pesquisa

dos alarmes no supervisório e da lógica de

intertravamento nas tasks do CLP, gastou

cerca de 10 minutos. O ajuste do sensor no

campo, tarefa sem muita complexidade,

foi executado em 5 minutos, aproximadamente.

Quando não existia esta lógica de trap,

ocorria perda de tempo considerável na

investigação de cada condição de intertrava-


mento do trem acabador, sendo analisadas,

ainda, todas as condições das cadeiras de

laminação. Existem relatos de falhas semelhantes

com paradas de mais de 60 minutos

pelo mesmo problema registrados na base

de dados da ArcelorMittal Tubarão, mas

sem a utilização de ferramentas adequadas

de investigação da ocorrência. Além disso,

neste caso específico, por se tratar de uma

falha intermitente, o técnico que estivesse

analisando-a dificilmente encontraria a causa

da ocorrência, a não ser que a freqüência

de falha se tornasse muito maior.

Caso das Telas de Intertravamento

do Laminador de Acabamento

Na área do Laminador de Acabamento,

a dificuldade na identificação da origem de

uma falha inicia-se no fato de, originalmente,

não haver telas de manutenção apropriadas,

com visualização das condições de intertravamento

da linha. Por isso, o alarme que

aparece para o operador é muito genérico,

sendo necessário investigar dentro do programa

do CLP, o que demanda tempo e,

consequentemente, parada de produção.

Quando não há telas auxiliares de manutenção,

contendo estados dos sensores e

dos equipamentos, a identificação da falha

deve ser pesquisada diretamente no CLP. Ao

verificar as tasks e as linhas dos programas

no CLP, gasta-se um tempo variável até a

localização da causa básica da ocorrência,

pois depende de diversas condições:

a) fatores humanos: conhecimento do

técnico que efetua o atendimento;

as informações prestadas pelo

operador; a identificação correta

do alarme no supervisório; e a

condição emocional e psicológica

do técnico e do operador;

b) fatores inerentes ao equipamento:

falha na comunicação da estação

de manutenção com o CLP; e

falha na abertura do programa de

monitoração causado por defeitos

no software ou no hardware.

Com a implantação de telas de manutenção

no supervisório em março de

2007, passou a ficar visível ao operador e

ao técnico a ocorrência de uma falha de

posicionamento de um equipamento, ou

uma indicação indevida causada por um

sensor danificado ou desajustado.

Para melhorar a identificação dos alarmes,

foram criadas telas de intertravamento

F7. Tela do CLP com a lógica de trap da cadeira F4.

F8. Tela do CLP com a lógica de trap da cadeira F4.

Novembro/Dezembro 2009 :: Mecatrônica Atual

supervisão

21


supervisão

(interlock) para monitoração das condições

necessárias à lógica de funcionamento dos

equipamentos. Ao selecionar o campo inferior

“F10-Interlock” na tela principal de

operação do Laminador de Acabamento,

aparece o menu de acesso às telas de intertravamento,

indicado na figura 10.

F9. Tela de manutenção do supervisório do trem acabador.

F10. Tela de operação do laminador de acabamento.

22 Mecatrônica Atual :: Novembro/Dezembro 2009

A sequência automática de laminação

depende de sensores indutivos e fotocélulas

que indicam que os equipamentos estão

corretamente posicionados para dar continuidade

ao processo. Caso haja uma falha

em um sensor ou no próprio equipamento,

o CLP para a linha de produção até que a

condição que está faltando na lógica seja

normalizada. Geralmente, por questões

de segurança do processo ou dos próprios

operadores, a lógica fica bloqueada até

mesmo para operação em manual, não

permitindo qualquer tipo de manobra na

linha que envolva riscos.

A opção “Principal I/L 1”, primeiro

botão do menu em destaque na figura 10,

abre a primeira sequência de intertravamento,

ilustrada na figura 11, que contém

as condições de funcionamento da linha

subdividas em três telas, com as indicações

em verde significando “pronto” e as em

amarelo, “falha”.

A ideia de criar novas telas de intertravamento

partiu de ocorrências de paradas

operacionais de 50 minutos, por exemplo,

na qual se gastou em torno de 45 minutos

para encontrar uma falha na sequência

de funcionamento da linha de produção,

causada por um fusível queimado, cuja

substituição não leva 5 minutos.

Atualmente, caso ocorra a mesma falha,

seria identificada a condição que falta na

tela de intertravamento com um tempo

aproximado de 5 a 10 minutos, com a

substituição do fusível no mesmo tempo

de 5 minutos.

Caso do CLP do Laminador de

Acabamento

O programa do CLP trabalha com as

entradas físicas (sensores, por exemplo)

como variáveis do tipo local, o que implica

que, caso haja necessidade de se forçar um

ponto no CLP, deve-se pesquisar em todas

as tasks e forçar todas as variáveis (force),

uma a uma. Isto não ocorre no LTQ, uma

vez que a filosofia do projeto implantado

foi transformar estas entradas físicas em

uma variável do tipo global, em uma task

específica para este fim (no caso do LTQ, a

task MS_011), onde se força apenas a variável

de entrada e, automaticamente, a variável

global assume o novo valor, atualizando

todos os pontos da lógica onde for utilizada

nas demais tarefas do CLP. Com isto,

ganha-se tempo para providenciar a solução

definitiva do problema no campo.

Para criar esta conversão de tipos de

variáveis, foi implementada no CLP HSP_

Master do Laminador de Acabamento a task

MS_018, com a finalidade de converter os

tipos de variável, sendo iniciado o projeto

em março de 2007 e concluído em julho


de 2007. A figura 12 mostra parte da task

MS_018, onde a entrada I_PP1ZSX01

(detalhe “a”) é uma variável do tipo local

que corresponde à indicação de posição alta

do rolo polidor (polisher). Ocorre, então,

a conversão para a variável do tipo global

G_PP1ZSX01_CFT (detalhe “b”), que é

utilizada nas lógicas das demais tasks do

CLP HSP_Master.

Para exemplificar o caso, a figura 13

mostra todos os locais e as tasks que utilizam

o sinal G_PP1ZSX01_CFT. Como cada local

corresponde a um intertravamento ou a uma

função no processo que está interligado a

outras seqüências de funcionamento, seria

necessário forçar (force), individualmente,

no CLP, cada uma destas posições da variável

local, identificadas no detalhe “c”.

Existem variáveis que são utilizadas em

mais de 30 pontos diferentes, distribuídos

nas tasks existentes.

Um exemplo de aplicação da saída

global G_PP1ZSX01_CFT (detalhe “c”) é

ilustrado na figura 14, onde a task MS_108

é responsável pelo envio de informações

para a tela do supervisório.

O force, em algumas situações, é necessário

por motivos de:

a) segurança do pessoal de manutenção:

dificuldade de acesso ou de

trabalho no local de instalação do

sensor ou do instrumento;

b) segurança do equipamento: interrupção

da lógica ou do intertravamento

para evitar movimentação

indevida por falha de algum sensor

ou equipamento;

c) reduzir parada imprevista: alteração

do valor da variável para que permita

funcionamento da lógica ou do intertravamento

até que se providencie

material ou peças sobressalentes para

efetuar a substituição no local, ou

que se possa programar o reparo

em uma condição em que reduza

a perda de produção.

O tempo para atendimento de uma

ocorrência como a relatada neste caso era

variável em função da quantidade de pontos

a serem forçados no CLP. Isto porque

poderiam ocorrer falhas do técnico que

efetuava o atendimento (esquecimento de

um ponto, por exemplo) ou da estação de

trabalho do CLP, como travamento do

programa e lentidão de resposta no acesso

às tasks. Estima-se, baseado em relatos dos

F11. Tela das condições principais do Laminador de Acabamento.

F12. Tela com a task MS_018 criada no CLP do Laminador de Acabamento.

Novembro/Dezembro 2009 :: Mecatrônica Atual

supervisão

F13. Localização da variável G_PP1ZSX01_CFT no CLP do Laminador de Acabamento.

23


supervisão

técnicos da área, que o tempo médio para

este tipo de atendimento ficava em torno

de 20 minutos.

Atualmente, com a implantação desta

conversão das variáveis para o tipo global,

é necessário forçar apenas um ponto em

uma task já definida (MS_018) para que

F14. Tela com a task MS_108 do CLP do Laminador de Acabamento.

F15. Índice de falhas da área do LTQ no período de 2003 a 2007.

24 Mecatrônica Atual :: Novembro/Dezembro 2009

todas as demais tasks do CLP assumam o

novo valor desta variável e normalizem o

funcionamento da lógica. Com isso, o tempo

de atendimento, e, consequentemente, de

perda de produção, decresce para aproximadamente

5 minutos.

F16. Índice de falhas da área do Laminador de Acabamento no período de set/2006 a set/2007.

Resultados

No primeiro caso, implementou-se em

outubro de 2003 nas tasks do CLP um bloco

somador atribuindo valores às condições de

intertravamento de um equipamento. Os

valores das condições de falhas mais recentes,

com seus registros de data e de horário,

também ficam armazenados no CLP.

A figura 15 mostra a redução anual no

índice de falha, que é, em porcentual da

quantidade de tempo de parada imprevista

da produção dividida pelo tempo de calendário,

no LTQ a partir do ano de 2004

(detalhe “a”), após a implementação do

Caso 1 descrito neste trabalho. O sistema

de controle da operação do LTQ, para efeito

de cálculo do índice de falhas, só registra

paradas acima de 7 minutos.

Já no segundo caso, foram criadas telas

de intertravamento no supervisório, com a

identificação das condições necessárias para a

seqência de funcionamento dos equipamentos.

Em caso de falha de alguma destas condições,

o próprio operador pode tomar alguma ação

ou passar a informação detalhada para o

técnico de manutenção sobre qual sensor

ou instrumento está em falha.

No terceiro e último caso descrito

desenvolveu-se no CLP uma task para a

conversão das variáveis do tipo local para

variáveis do tipo global, que, por ser utilizada

em mais de uma task, auxilia nos casos

emergenciais em que é necessário forçar

valores, a fim de evitar danos às pessoas,

aos equipamentos e perdas de produção.

Atuando em apenas uma variável do tipo

global não se gasta tempo com a procura

e com o force em diversas variáveis do tipo

locais, distribuídas pelas tasks no CLP.

A figura 16 apresenta a redução do índice

de falha a partir de abril/2007 (detalhe

“b”), depois de implementados os casos 2

e iniciado o 3, descritos neste trabalho. O

sistema de controle da operação do Laminado

e Acabamento, para efeito de cálculo do

índice de falhas, só registra paradas acima

de 15 minutos.

Os casos implementados tiveram baixo

custo de desenvolvimento, sendo necessário

apenas recurso humano, ou seja, custo da

hora trabalhada (HH ou homem-hora) de

um técnico experiente, que tem um valor

aproximado de US$ 10,00 por hora.

No primeiro caso, considerando um

tempo total para inserir e configurar os

blocos da lógica de trap no CLP aproximado


de 40 horas, o custo total do projeto ficou

em torno de US$ 400,00. No segundo

caso, foi preciso aproximadamente 80

horas para configuração e testes das telas

de intertravamento, gerando um custo de

implantação na ordem de US$ 800,00. O

terceiro caso, por se tratar de pesquisar as

variáveis de entrada em todas as tasks do

CLP, criar uma nova task e nela efetuar as

conversões das variáveis do tipo local para

do tipo global, necessitou-se de um tempo

maior para implementação, em torno de

160 horas, o que gerou um custo de US$

1.600,00.

Para comprovar a importância deste

trabalho, basta efetuar o cálculo dos custos

das soluções implantadas com o valor

da perda de produção de bobinas em um

minuto, que é US$ 4.000,00. O terceiro

caso, que gerou o maior custo estimado,

ficou em US$ 1.600,00, sendo pago com

apenas 24 segundos de produção. Os três

casos juntos custaram em torno de US$

2.800,00, o que significa 42 segundos de

produção. O valor de cada minuto ganho

na resolução de uma ocorrência é, de fato,

um ganho operacional significativo para

a empresa.

Considerações Finais

A partir do momento em que a redução

dos prazos de entrega e o aumento da capacidade

de produção tornam-se imprescindíveis

para a sobrevivência de um negócio, a

manutenção torna-se essencial para garantir

a participação de uma empresa no mercado.

E, apesar de todo o esforço em planejar as

paradas dos equipamentos para manutenção,

a ocorrência de falhas imprevistas é um fato

inegável em qualquer linha de produção,

em pequenas ou grandes empresas.

Este artigo mostra exemplos de aplicação

de conhecimentos básicos dos sistemas

utilizados em automação industrial, como

lógica do CLP e monitoração de variáveis

pelo supervisório, onde a criatividade foi

peça-chave para a redução de tempo de

perda de produção imprevista, facilitando a

identificação da causa básica da ocorrência

e agilizando a tomada de ação para solução

da falha.

Antes das soluções “mirabolantes”,

existem idéias simples, eficazes e de baixo

custo de implementação que apresentam

ganhos consideráveis com ferramentas de

uso geral na área de automação. MA

Novembro/Dezembro 2009 :: Mecatrônica Atual

supervisão

25


automação

Como programar o

CLP CJ1,

da OMRON

Acompanhe neste artigo um passo a passo de como programar

um CLP, para o qual tomo como exemplo o CJ1 da Omron

saiba mais

Pires, J. Norberto. Automação

industrial - 3ª edição - editora Lidel

BaLceLLs, Josep e romeraL, José

Luis. Autómatas programables

- editora marcombo

PiNto, João r. caldas. Técnicas de

automação - edições técnicas e

Profissionais

oLiveira, Paulo. Curso de Automação

Industrial - edições técnicas

e Profissionais

Pereira, eng.º Filipe alexandre

de sousa. Manual de Formação

OMRON

Catálogos OMRON:

www.omron.pt

A

26 Mecatrônica Atual :: Novembro/Dezembro 2009

Filipe Pereira

Prof. Eng. Eletrotécnica/Automação

filipe.as.pereira@gmail.com

ntes de começar a programar um CLP, é

importante entender o próprio CLP CJ1,

assim poderemos abordar com objetividade

a programação de um CLP.

O CJ1 é um pequeno controlador lógico

programável que pode fornecer funções

básicas para diversos tipos de máquinas,

tanto de controle como de processo, além

de possuir uma plataforma flexível de

configuração do sistema.

O CJ1 é modular e compatível com as

séries CJ1G/H e CS1, com uma taxa de

execução binária de 100 ns. Este CLP possui

mais de 60 tipos de unidades de expansão,

se comunicando com qualquer tipo de

rede, facilitando o controle distribuído. No

quadro “Ficha Técnica” é possível ver mais

itens deste CLP. No site www.ia.omron.

com/product/80.html é possível ver os

diversos módulos que compõem o sistema

completo do CLP, onde temos o módulo

da CPU, da fonte, das entradas básicas

e especiais de entrada e saída, de rede e

demais módulos.

Este CLP dispõe de áreas reservadas de

memória para cada item, como por exemplo

os temporizadores e controladores utilizam

TC0000 a TC4095, na edição anterior fiz

uma explicação mais abrangente sobre o

funcionamento da memória. Na tabela 1

temos as áreas de memória do CJ1.

As áreas de memórias mais importantes

de um CLP são:

• Relés Internos – São usados para

controlar os pontos de entradas/saídas,

outros bits, temporizadores,

contadores e para guardar temporariamente

dados.

• Relés Especiais – Disponibilizam

sinais de clock, flags, bits de controle

e status do sistema.

• Relés Auxiliares – Contêm bits e

flags para funções especiais. Retêm

o seu estado durante a ausência de

alimentação.

• Memória de Dados – São usados

para memorização e manipulação

de dados. Retêm os dados durante

a ausência de alimentação.

• Relés com Retenção – São usados

para guardar e memorizar dados

quando o CLP é desligado.

• Relés de Temporizadores e Contadores

– São como operandos das

instruções LD (NOT), AND(NOT)

e OR(NOT), informam o estado dos

contadores e temporizadores com o

mesmo endereço.


F1. CLP CJ1, da OMRON.

• Relés de Comunicação – A sua

principal função está associada ao

estabelecimento de comunicações

para troca de dados automática

com outros CLPs. Na ausência desta

função, podem ser usados como relés

de trabalho.

• Relés Temporários – São usados

para guardar de forma temporária

os estados de condições de execução.

Estes bits só podem ser usados nas

instruções LD e OUT.

• Memória de Programa – É usada

para guardar o conjunto de instruções

que constitui o programa do CLP. O

número máximo de instruções que

pode ser introduzido nesta memória,

depende do tipo de instruções

usadas.

Relés Especiais

Os CLPs têm uma área de memória

dedicada somente aos relés especiais. Devido

as suas funcionalidades eles são bastante

utilizados na maioria dos programas, na

tabela 2 temos as informações de alguns

relés mais importantes.

Entradas Analógicas

Os módulos de entradas analógicas

são utilizados nas aplicações em que os

sinais provenientes do processo sejam

analógicos.

Ao contrário dos sinais discretos, que

têm somente dois estados (On e Off), os

sinais analógicos variam no tempo e na

amplitude (sinal medido) e são convertidos

num elevado número de estados.

Assim, os módulos de entradas analógicas

digitalizam os sinais analógicos para

Novembro/Dezembro 2009 :: Mecatrônica Atual

automação

Ficha Técnica

Modelo: CJ1M-CPU12 CLP modular

Entradas: 9 digitais (6 mA/24 VDC)

Saídas: 6 por transístor (50 mA/24 Vdc)

Saídas a PWM: 4 (30 mA, 4,75 a 26,4

VDC) - 100 kHz

Alimentação: 230 VAC

Consumo: 12,35 W máx.

Expansibilidade: até 320 entradas/saídas

Memória de programa: 10k passos

Conjunto de instruções: 400

Words de dados: 32k

Temporizadores e Contadores: 4096

Velocidade de processamento: 100

ns / instrução

Interface RS-422A e RS-232C, Host Links

e NT Links

4 Entradas de contagem rápida (50 KHz

bidireccional)

4 Entradas de interrupção

Dimensões: 90 x 73,9 mm

Peso: 120 gramas

27


automação

T1. Áreas da memória.

T2. Alguns dos Relés Especiais mais relevantes no CJ1M.

F2. Conversão de um sinal analógico.

F3. Leitura e conversão de um sinal analógico num CLP.

28 Mecatrônica Atual :: Novembro/Dezembro 2009

que o CLP possa guardar o valor do sinal,

no instante de conversão, num registro de

memória.

Os módulos de entradas analógicos

digitalizam sinais analógicos para que a

CPU se possa servir dessa informação.

A sequência de eventos que ocorrem

quando se lê um sinal analógico é:

• O sensor detecta a grandeza física

do processo transformando-a, em

seguida, numa grandeza elétrica.

• O módulo de entradas analógicas

transforma o sinal analógico, através

de um conversor Analógico Digital

(A/D), numa informação digital de 12

bits, que será guardada num registro

de memória (veja figura 3).

Depois da leitura da informação, a CPU

referencia o endereço do registro onde a

informação foi armazenada, para com ele

realizar comparações e cálculos aritméticos.

Devido à existência de uma grande variedade

de sensores analógicos, os módulos de entradas

analógicas dos CLPs estão preparados para

aceitar uma série de sinais eléctricos standard

(veja figura 4).

É importante notar que a interface

analógica tanto pode ser unipolar (somente

tensão positiva, isto é, 0 até +5 VDC) como

bipolar (tanto tensão negativa como positiva,

isto é, – 5 até +5 VDC).

Este sinal convertido é o equivalente

discreto do sinal analógico, no instante da

conversão, medido pelo dispositivo de campo,

ou seja, o sensor ou o transdutor envia um

sinal em corrente, ou em tensão.

A operação de divisão do sinal de entrada

denomina-se resolução.

A resolução do módulo indica em quantas

partes o módulo de entradas analógico

divide o sinal analógico.

Por exemplo, se o conversor A/D divide

o sinal de entrada em 4095 partes (212 – 1 =

4095) ele tem uma resolução de 12 bits.

Alguns CLPs também permitem uma

conversão de escala direta do sinal de entrada

(0 a 9999).

Na tabela 3 temos a conversão de valores

analógicos para bits.

Esta proporção permite obter novamente

o valor da grandeza física lida pelo sensor,

através da fórmula abaixo:


Os módulos de entradas analógicas

podem receber entradas em modo comum

ou em modo diferencial, como é mostrado

na figura 5.

As entradas em modo comum têm o

comum, das suas entradas, referenciado

no mesmo ponto. As entradas diferenciais

têm, entre elas, dois terminais distintos

onde deverão ser ligados os sensores ou

transdutores.

Saídas analógicas

As saídas analógicas são utilizadas para

controlar dispositivos que respondam a uma

variação analógica de tensão ou corrente.

As instruções usadas nas saídas analógicas

são semelhantes às utilizadas nas entradas

analógicas, e são empregadas quando se

pretende enviar uma informação analógica

a um dispositivo de campo.

Um exemplo deste tipo de dispositivo,

apresentado na figura 6, é uma válvula

proporcional que permite controlar o volume

de óleo através da sua abertura proporcional

a uma tensão 0-10V.

O conteúdo de um registro de memória,

geralmente especificado por 16 bits, é enviado

à carta de saída analógica, que converte a

quantidade digital numa quantidade analógica

proporcional à primeira.

As saídas analógicas estão ligadas a

dispositivos através de condicionadores de

sinal que amplificam, reduzem ou alteram

o sinal, para controlar o dispositivo de

campo (figura 7).

A resolução do conversor D/A é definida

pelo número de bits usados para a conversão

analógica.

Por exemplo: Um conversor D/A com uma

resolução de 12 bits, cria um sinal analógico

que pode variar em 4095 intervalos.

Para um dispositivo analógico com uma

variação de 0 V (fechado) até 10 V (totalmente

aberto) o valor 2047 é igual a um

sinal de 5 V, na tabela 4 temos a conversão

de bits/decimal e a sua saída .

Cada um dos módulos de saídas analógicas

está isolado, quer dos outros módulos

quer do CLP. Este isolamento protege o

sistema de sobretensões ou sobrecorrentes

que possam ocorrer nos módulos de saídas

analógicas.

T3. Tabela de conversão direta de valores analógicos para valores em

F4. Condicionamento de sinal num CLP e respectiva conversão para bits.

F5. Módulos de entradas em modo comum e diferencial.

Novembro/Dezembro 2009 :: Mecatrônica Atual

automação

29


automação

F6. Válvula proporcional que permite controlar o volume de óleo

através da sua abertura proporcional a uma tensão.

F7. Condicionamento de um sinal analógico até ao seu registo na memória de um PLC.

T4. Resolução do conversor D/A definida pelo número de Bits usados

para a conversão analógica.

F8. Saídas de um CLP em modo comum e diferencial.

30 Mecatrônica Atual :: Novembro/Dezembro 2009

As saídas analógicas também podem ser

em modo comum ou em modo diferencial,

como mostra a figura 8.

Em modo comum, o comum de todas as

saídas encontra-se referenciado ao comum

da carta de saídas analógica, enquanto, em

modo diferencial cada saída tem associado

um comum independente.

A corrente máxima necessária nos módulos

de saídas analógicos é superior à dos módulos

de saídas digitais e deverá ser considerada na

computação das correntes de carga.

Encontra-se com frequência nas cartas de

saídas analógicas um By-Pass para controlar

manualmente a posição de válvulas, controladores

de velocidades, servos hidráulicos,

conversores pneumáticos, entre outros.

Este sistema é bastante útil para diagnosticar

uma avaria relacionada com uma

saída analógica (Figura 9).

Módulos de I/O especiais

Os módulos de I/O especiais estabelecem

a ligação entre o CLP e os dispositivos

de campo que têm sinais que, de alguma

forma, são especiais.

Esses sinais, que diferem dos típicos

sinais digitais ou analógicos, não são muito

comuns, encontrando-se apenas em 5 a 10%

dos casos de aplicações com CLPs.

Os módulos de I/O especiais podem

dividir-se em duas categorias: os que têm

uma interface direta com o CLP e os de

interface inteligente.

Os módulos de interface direta, como

o próprio nome indica, têm uma interface

direta com os dispositivos de campo, sejam

eles de entrada ou saída.

Estes módulos apresentam como principal

característica o fato de pré-processarem a

informação de sensores ou atuadores, que

as cartas de I/O standard não conseguem

processar (figura 10).

Os módulos de I/O inteligentes têm

como principal característica, a existência

de um processador capaz de executar tarefas

e/ou informação, independentemente do

processador do CLP.

Apesar de existir uma infinidade de módulos

de entradas e saídas especiais, os mais frequentemente

encontrados nas aplicações são:

• Módulos de contagem rápida;

• Módulos analógicos especiais;

• Módulos de eixos ou de posicionamento;

• Módulos de comunicação.


Módulos de contagem rápida

Os módulos de contagem rápida, como o

próprio nome indica, são módulos especiais

que detectam impulsos de curta duração.

Existem dispositivos que são muito mais

rápidos que o tempo de SCAN da CPU,

logo, estes dispositivos não poderiam ser

detectados por cartas de I/O normais.

As cartas de entradas rápidas procedem

ao aumento do tempo de duração do impulso

(figura 11) fazendo com que este

esteja disponível e válido durante um ciclo

de SCAN do PLC.

Módulos analógicos especiais

- Termopar

Os módulos analógicos especiais para

termopares, servem de interface direta entre

o processador e o termopar.

Como existe uma infinidade de termopares,

as cartas especiais analógicas aceitam

todos configurando-se unicamente uma

série de conectores.

Os módulos especiais dos termopares

transformam o sinal analógico num sinal

digital e fornecem a temperatura de referência

ao termopar (figura 12).

Módulos analógicos especiais - PID

Outro exemplo de módulos analógicos

especiais, é o caso dos módulos PID usados

em processos onde o controle em malha

fechada é necessário.

Estes módulos fornecem uma saída de

controle proporcional, integral e derivativo

em função de uma entrada de referência

(SET - POINT) e da saída do processo

(figura 13).

A equação no box abaixo define o

algoritmo de controlo PID:

Módulos de eixos ou

posicionamento

Os módulos de eixos e posicionamento

pertencem ao grupo das cartas especiais

inteligentes. Estes módulos utilizam blocos

de função específicos do CLP (MOVE,

TRANSFER) para transferir dados referentes

ao início de parâmetros, distâncias

e velocidade, do módulo (figura 14).

Novembro/Dezembro 2009 :: Mecatrônica Atual

automação

F9. By-Pass para controlar manualmente a posição de válvulas, controladores de velocidades,

servos hidráulicos, conversores pneumáticos, etc.

F10. Módulos de entradas e saídas especiais.

F11. Tempo de um clico de Scan num módulo de contagem rápida.

F12. Ligação eléctrica de um termopar a um CLP.

31


automação

Módulos de contagem rápida

Outro tipo de módulos inteligentes é o

módulo com contador de alta velocidade

que conta os sinais procedentes de encoders,

com velocidades até 50 kHz.

A comunicação entre os módulos com

contadores de alta velocidade e a CPU é

bidireccional, ou seja, o módulo aceita

ordens de controle do CLP e transmite

F13. Módulo PID num PLC.

F14. Módulo de eixo ou posicionamento.

F15. Módulo de contagem rápida.

32 Mecatrônica Atual :: Novembro/Dezembro 2009

valores de estado para o CLP (figura

15). A ligação deverá ser feita sempre

com cabo blindado e não deverá exceder

os 15 metros.

Módulos de rede

Os módulos de rede permitem a comunicação

entre CLPs e dispositivos inteligentes,

através de uma rede de comunicação.

Os módulos de rede têm internamente

todas as ligações e protocolos necessários

para assegurar que as mensagens enviadas

para a rede possam ser interpretadas por

todos os dispositivos que a compõem.

Em geral, quando a CPU, ou outro

dispositivo da rede, envia uma mensagem, o

módulo de rede encarrega-se de enviar os dados

de acordo com o protocolo estabelecido.

Do outro lado, o módulo de rede do

receptor interpreta a mensagem e encarregase

de a enviar à CPU e, se necessário, envia

diretamente um comando ao dispositivo de

campo (figura 16).

Dependendo do tipo de rede e da sua

configuração, as cartas especiais de rede

podem ser ligadas a distâncias superiores

a 3km e desde 100 até 1000 nós.

Conclusão

Encerro aqui a parte introdutória do

CLP, e mostrando como é o software de

programação do CJ1, onde é possível começar

um novo projeto, programar utilizando

Diagramas de Ladder é bem intuitivo porém

requer um certo treino, por isso recomendo

aos leitores que procurem se familiarizar

com esta forma de programação, pois é de

grande utilidade nesta área de automação.

Até a próxima!

MA

F16. Módulo de rede.


O protocolo

digital HART

saiba mais

Cassiolato, Cesar - Material de

treinamento LD 301 Smar, 2003.

Manuais de equipamentos

Hart Smar

A tecnologia Hart na Indústria

– Parte 1. Estrutura do Protocolo

Mecatrônica Atual 19

Introduzido em 1989, tinha a intenção

inicial de permitir fácil calibração, ajustes

de range e damping de equipamentos analógicos.

Foi o primeiro protocolo digital de

comunicação bidirecional que não afetava

o sinal analógico de controle.

Este protocolo tem sido testado com

sucesso em milhares de aplicações, em vários

segmentos, mesmo em ambientes perigosos.

O HART permite o uso de mestres: um

console de engenharia na sala de controle e

um segundo mestre no campo, por exemplo

um laptop ou um programador de mão.

Em termos de performance, podemos

citar como características do HART as

seguintes:

• Comprovado na prática, projeto simples,

fácil operação e manutenção;

• Compatível com a instrumentação

analógica;

• Sinal analógico e comunicação digital;

• Opção de comunicação ponto-aponto

ou multidrop;

• Flexível acesso de dados usando-se

até dois mestres;

• Suporta equipamentos multivariáveis;

• 500 ms de tempo de resposta(com

até duas transações);

• Totalmente aberto com vários fornecedores;

conectividade

César Cassiolato

Diretor de Marketing

SMAR Equipamentos

Industriais Ltda

Atualmente muito se fala em termos de redes Fieldbus, mas tem-

se muitas aplicações rodando em HART (Highway Addressable

Remote Transducer), tendo vantagens com os equipamentos

inteligentes e utilizando-se da comunicação digital de forma

flexível sob o sinal 4-20 mA para a parametrização e monitoração

das informações

As especificações são atualizadas continuamente

de tal forma a atender todas

as aplicações.

Veremos a seguir alguns detalhes do

protocolo HART.

A simplicidade: o HART e o loop de

corrente convencional

As figuras 1 e 2 nos mostram como

entender o HART facilmente.

Na figura 1, temos um loop de corrente

analógica, onde os sinais de um transmissor

variam a corrente que passa por ele

de acordo com o processo de medição. O

controlador detecta a variação de corrente

através da tensão sobre um resistor sensor

de corrente. A corrente de loop varia de

4 a 20 mA para frequências usualmente

menores que 10 Hz.

A figura 2 é baseada na figura 1, onde

o HART foi acrescido.Agora ambas terminações

do loop possuem um modem e um

amplificador de recepção, sendo que este

tem alta impedância de tal forma a não

carregar o loop de corrente. Note ainda que

o transmissor possui uma fonte de corrente

com acoplamento AC e o controlador uma

fonte de tensão com acoplamento AC. A

chave em série com a fonte de tensão no

controlador HART em operação normal fica

aberta. No controlador HART os componentes

adicionais podem ser conectados no

loop de corrente, como ilustrado ou através

Novembro/Dezembro 2009 :: Mecatrônica Atual

33


conectividade

do resistor sensor de corrente. Do ponto de

vista AC o resultado é o mesmo, uma vez

que a fonte de alimentação é um curtocircuito.

Note que o sinal analógico não é

afetado, pois os componentes adicionados

são acoplados em AC.

O amplificador de recepção é considerado

frequentemente como parte do modem e

usualmente não é mostrado em separado.

Na figura 2 foi desenhado separadamente

para mostrar como se deriva o sinal de

tensão de recepção. O sinal de recepção

não é somente AC, nem no controlador

ou mesmo no transmissor.

Para enviar uma mensagem, o transmissor,

ao ligar sua fonte de corrente, fará com que

se sobreponha um sinal de corrente de 1mA

pico-a-pico de alta frequência sobre o sinal

analógico da corrente de saída. O resistor

R no controlador converterá este sinal em

tensão no loop e esta será amplificada no

receptor chegando até ao demodulador do

controlador (modem). Do mesmo modo,

para enviar uma mensagem ao transmissor,

o controlador fecha sua chave, conectando

sua fonte de tensão que sobrepõe uma tensão

de aproximadamente 500 mV pico-a-pico

através do loop. Esta é vista nos terminais

do transmissor e encaminhada ao amplificador

e demodulador. Note que existe uma

implicação na figura 2 dispondo que o mestre

transmita como fonte de tensão enquanto o

escravo, como fonte de corrente.

A figura 3 exibe detalhes do sinal HART,

sendo que as amplitudes podem variar de

acordo com as impedâncias e capacitâncias

de cada equipamento e perdas causadas

por outros elementos no loop. O HART se

utiliza do FSK, chaveamento por mudança

de frequência (Frequency Shift Keying),

onde a frequência de 1200 Hz representa

o 1 binário e a de 2200 Hz, representa o 0

binário. Note que estas frequências estão

bem acima da faixa de frequências do sinal

analógico (0 a 10 Hz) de tal forma que não

há interferências entre elas. Para assegurar

uma comunicação confiável, o protocolo

HART especifica uma carga total do loop

de corrente, incluindo as resistências dos

cabos de, no mínimo, 230 ohms, e no

máximo 1100 ohms.

Equipamentos de campo e handhelds

(programadores de mão) possuem um modem

FSK integrado, onde via port serial ou

USB de um PC ou laptop pode-se conectar

uma estação externamente.

34 Mecatrônica Atual :: Novembro/Dezembro 2009

A figura 4 ilustra uma conexão típica

entre um device Host e um equipamento de

campo, onde usualmente se tem comunicação

ponto-a-ponto. Veremos, posterior-

F1. Loop de corrente convencional.

F2. Loop de corrente acrescido o HART.

mente, outros tipos de conexões. Em uma

conexão do tipo ponto-a-ponto, como a

desta figura, é necessário que o endereço

do equipamento seja configurado para

F3. Sinal HART. F4. Conexão de equipamentos mestres HART.


F5. Conexão HART via multiplexador. F5a. Conexão HART em Multidrop.

zero, desde que se use o modo de endereço

na comunicação para acessá-lo.

Em sistemas considerado grandes, podese

usar de multiplexadores para acessar

grandes quantidades de equipamentos

HART, como por exemplo na figura 5,

onde o usuário deverá selecionar o loop de

corrente para comunicar via Host.

Nesta situação em cascata, o host

pode comunicar-se com vários equipamentos

(mais do que 1000), todos com

endereços zero.

Ainda podemos ter rede em multidrop e

condições de split-range. Na figura 5a, na

conexão em multidrop, observe que podem

ser ligados no máximo até 15 transmissores

em paralelo na mesma linha. A corrente

que passa pelo resistor de 250 ohms (foi

ocultado na figura) será alta, causando

uma alta queda de tensão.

Portanto, deve-se assegurar que a tensão

da fonte de alimentação seja adequada para

suprir a tensão mínima de operação.

No modo multidrop a corrente fica fixa

em 4 mA, servindo apenas para energizar

os equipamentos no loop.

A condição de split-range é usada em

uma situação especial onde normalmente

dois posicionadores de válvulas recebem

o mesmo sinal de controle, por exemplo,

um operando com corrente nominal de

4 a 12 mA e o outro de 12 a 20 mA.

Nesta condição, os posicionadores são

conectados em série no loop de corrente

com endereços diferentes e o host será

capaz de distingui-los via comunicação.

Veja figura 6.

Endereçamento em

redes densas

Para endereçar os equipamentos em

redes densas, um formato especial chamado

de “long form adressing” é usado.

Durante a configuração,o endereço e o tag

de cada equipamento, via ponto-a-ponto são

enviados aos equipamentos. Na operação,

os equipamentos operam com o endereço

no formato long. Usando o comando 11,

o host pode acessar os equipamentos via

tags. (Figura 7)

As camadas (layers) do HART

O HART foi desenvolvido segundo o

modelo OSI, de acordo com a figura 8.

O meio físico.

Como visto anteriormente, o HART se

utiliza do sinal de 4-20 mA, sobrepondo

um sinal em técnica FSK, chaveamento

por mudança de frequência (Frequency

Shift Keying), onde a frequência de 1200

conectividade

F6. Conexão HART com técnica split-range.

F7. Formatos short e long de endereços.

Novembro/Dezembro 2009 :: Mecatrônica Atual

35


conectividade

F8. Modelo do protocolo HART segundo o

modelo OSI.

Hz representa o 1 binário e a de 2200 Hz

representa o 0 binário. Cada byte individual

do telegrama do layer 2 é transmitido em

11 bits, usando-se 1200 kHz.

Cabeamento

Utiliza-se um par de cabos trançados

onde deve-se estar atento à resistência total,

uma vez que esta colabora diretamente com

a carga total, e agindo na atenuação e distorção

do sinal.Em longas linhas e sujeitas

a interferências, recomenda-se o cabo com

shield, sendo este aterrado em um único

ponto, preferencialmente no negativo da

fonte de alimentação. Seguem algumas dicas

de distribuição do cabeamento, aterramento

e shield (blindagem):

• Para curtas distâncias, pode-se usar

cabos com 0,2 mm2 e sem shield;

• Para distâncias até 1500 m, recomenda-se

usar cabos de par trançados

com 0,2 mm2 e com shield;

• Para distâncias até 3000 m, recomenda-se

usar cabos de par trançados

com 0,5 mm2 e com shield;

• Deve-se assegurar a continuidade

da blindagem (shield) do cabo em

mais do que 90% do comprimento

total do cabo. E, ainda, esta deve ser

aterrada somente em um ponto, preferivelmente

na fonte de alimentação.

O shield deve cobrir completamente

os circuitos elétricos através dos conectores,

acopladores, splices e caixas

de distribuição e junção;

• Isolar sinal HART de fontes de ruídos,

como cabos de força, motores,

inversores de frequência. Colocá-los

em guias e calhas separadas;

• Quando utilizar cabos multivias,

não misturar sinais de vários protocolos;

36 Mecatrônica Atual :: Novembro/Dezembro 2009

F9. Modelo de comunicação Mestre-

Escravo de troca de dados no HART. F10. Frame padrão de um comando HART.

• Em relação ao aterramento, deve-se

ter uma impedância de terra suficientemente

baixa com capacidade

de dreno suficiente para conduzir e

prevenir picos de tensão. Recomendase

evitar múltiplos terras;

• Evitar loops de terra: quando se tem

vários equipamentos aterrados a um

terra comum por caminhos diferentes,

cria-se diferenças de potenciais que

podem danificar os equipamentos;

• Possíveis fontes de captação de ruído

ou de distorções do sinal de comunicação

podem ser citadas:

• Sistema de aterramento totalmente

desbalanceado;

• Estruturas metálicas mal aterradas

ou isentas de aterramento;

• Presença de laços com grande área

de acoplamento magnético;

• O loop de terra do sinal AC determina

um circuito elétrico AC, alimentado

pela tensão de desbalanceamento

do terra e a interferência será tão

maior quanto maior for o nível de

tensão do ruído e quão próxima for

a frequência do ruído da frequência

do sinal de comunicação;

• Estruturas metálicas mal aterradas

ou isentas de aterramento podem

servir de antena, captando ruídos

de tal energia que poderia fazer com

que o circuito AC passe a conduzir

correntes que possam interferir na

qualidade do sinal de comunicação.

Este fenômeno, denominado indução

magnética, pode ser minimizado com

a implementação de um circuito de

retorno próximo ao cabeamento do

barramento;

• Se o sistema de bandejamento e de

dutos criar um circuito ininterrupto de

retorno junto ao cabeamento, o laço

pode ser minimizado, diminuindo a

área de acoplamento. Geralmente, o

problema resultante deste tipo de falha

de instalação, em plantas operando

normalmente, não será aparente, e

caso ocorra um desbalanceamento de

terra, o defeito trará consequências

desastrosas ao sistema, com danos

permanentes nos equipamentos;

• Para detectar a presença de aterramento

em múltiplos pontos, recomenda-se,

uma vez terminada a instalação, abrir

cada ponto de aterramento e realizar

a medição da impedância deste ponto

para o terra (megagem – a impedância

lida deve ser bastante alta, da ordem

de alguns Mega Ohms);

• Se a impedância lida for baixa, isto

indica que algum ponto da linha

deve estar em contato com o terra

(curto com a carcaça, conexão de

equipamentos não isolados com

os sensores aterrados, etc.) e o curto

deve ser desfeito. Lembrar que

as recomendações são válidas não

apenas para o sinal, mas também

para a própria blindagem dos cabos.

Uma das ocorrências mais comuns

é abandonar o shield dos cabos mal

acabado no bandejamento ou no

próprio invólucro dos equipamentos

e isto pode levar a curtos indesejáveis

com a carcaça.A prática recomenda

que se faça também a megagem da

blindagem. As megagens do sinal e

da blindagem devem ser sistemáticas,

repetindo sempre que se faça algum

tipo de manutenção nos dispositivos

ou na cablagem. Qualquer manuseio

em qualquer uma destas partes pode

ocasionar um curto para a carcaça,


principalmente se o acabamento dos do layer 7, isto é, da aplicação. Os

cabos for mal executado (curto ao comandos são divididos em classes:

fechar a tampa, curto ao manipular universais, comuns e de acordo com

os cabos nas bandejas, etc);

o fabricante;

• Deve-se sempre estar atento as normas • BC: indica o comprimento da men-

de segurança segundo as exigências sagem.No HART o comprimento

dos órgãos certificadores e conforme máximo é 25 bytes;

a aplicação.

• Status: são dois bytes que indicam a

condição do equipamento. Quando

Layer 2

iguais a zero, o equipamento está

O protocolo HART opera segundo o OK;

padrão Mestre-Escravo, onde o escravo • Data: são os dados transmitidos e

somente transmitirá uma mensagem se que podem ser em vários formatos

houver uma requisição do mestre. A figura onde os equipamentos converterão

9 mostra de maneira simples o modelo convenientemente;

de troca de dados entre mestre e escravo. • Parity: contém o checksum, atendo

Toda comunicação é iniciada pelo mestre HD = 4 (Hamming distance).

e o escravo só responde algo na linha se Em um frame usando formato short,

houve um pedido para ele. Existe todo um teremos 25 bytes mais 10 bytes de controle.

controle de tempo entre envios de comandos Como usa 11 bits, teríamos:

pelo mestre. Há inclusive, um controle de • 11*35 = 385 bits transmitidos;

tempo entre mestres quando se tem dois • O tempo por bit é de : 1/1200 bit/s

mestres no barramento.

= 0,83 ms;

Em termos de serviços de comunicação, • O tempo total de transação é de =

o HART provê 3 tipos:

385*0,83 ms = 0,319 s;

• Comandos padrões: onde se tem • O tempo de transação do 25

a troca de dados entre mestres/es- bytes(dados de usuário) é = 0,319

cravos;

s/25 = 12,8 ms.

• Comandos em broadcast: que são A relação entre o tempo de dados de

comandos que todos os equipamentos usuário e o tempo total de transação é: 25

recebem;

* 8 bits / 385 bits = 52 %.

• Modo burst: onde alguns equipa- Observe que em mensagens mais curtas,

mentos ciclicamente a cada 75 ms a proporção entre o dado de usuário e o dado

enviam na linha o valor de processo de controle pode chegar a 128 ms para um

medido. Normalmente, tem-se duas byte de dado de usuário. Em geral,tem-se

transações por segundo. Neste modo, um tempo de 500 ms para garantir duas

pode-se ter quatro por segundo. transações mais alguma informação adicional

• Na figura 10 podemos ver um frame

padrão do HART, onde:

de manutenção e sincronização.

• Preâmbulo: pode ser 3 ou mais Application Layer

bytes FF de sincronismo dos sinais (Camada de Aplicação)

da mensagem;

Como explicado anteriormente, o HART é

• SD: é o byte que indica quem está baseado em comandos que uma vez recebidos

enviando o frame: mestre, escravo pelos escravos, permitem certas ações.Estes

ou o escravo em burst mode e ainda, comandos estão divididos em classes:

qual o formato, long or short; • Universais: comandos usados e com-

• AD: é o campo de endereço onde no preendidos por todos equipamentos

formato short com um byte, possui um HART;

bit de distinção entre os dois mestres • Práticos e Comuns: suportados pela

possíveis e um para indicar burst maioria dos equipamentos HART

mode.Em equipamentos de campo, e de acordo com a função do equi-

4 bits são usados para o endereço, de pamento;

0 a 15.No caso do formato long, o • Específicos de cada equipamento

endereço tem 38 bits;

conforme o fabricante: são dependen-

• CD: este é o byte que identifica o tes das características particulares de

comando HART que vai depender cada equipamento/fabricante.

Comandos Universais

conectividade

0 Read Unique Identifier

Manufacturer

Device Type

Number of Preambles

Command Revision

Software and Hardware

Revison

Circuit Board Serial Number

1 Read Primary Variable

2 Read Primary Variable Current and

Percentage of Range

3 Read Dynamic Variables and PV

Current

6 Write Pooling Address

11 Read Unique Identifier Associated

Tag

12 Read Message

13 Read Tag, Descriptor e Date

14 Read Primary Variable Sensor

Information

Sensor Serial Number

Unit

URL

LRL

Minimum Span

15 Read Primary Variable Output

Information

Fail Safe Mode

Transfer Function

Unit

URV

LRV

Damping

Write Protection

16 Read Final Assembly Number

17 Write Message

18 Write Read Tag, Descriptor, Date

19 Write Final Assembly Number

Um exemplo de equipamento HART. A

figura 13 mostra o diagrama funcional do

LD301, segundo os padrões HART:

Vejamos a figura 11, onde temos o

diagrama de blocos do transmissor de

pressão LD301 da Smar.

Este transmissor possui a tecnologia do

sensor capacitivo, que é a tecnologia mais

difundida e testada em nível de sensores

de pressão, em milhares de aplicações e

segmentos, desde as mais simples até as

mais complexas e principalmente onde

exige-se exatidão e confiabilidade. Não

possui conversor A/D e a leitura dos sinais

Novembro/Dezembro 2009 :: Mecatrônica Atual

37


conectividade

F11. Transmissor de Pressão HART/4-20 mA. F12. Super Chip HART – HT3012 – Smar.

F13. Diagrama funcional do LD301.

F14. Uso do LD301 como controlador, dispensando o uso do controlador.

38 Mecatrônica Atual :: Novembro/Dezembro 2009

de capacitâncias é totalmente digital (a

Smar usa desta metodologia digital desde a

década de 80), eliminando drifts comumente

encontrados neste componente.

Graças a um chip desenvolvido e comercializado

pela Smar, o HT3012, este

transmissor possui um dos maiores MTBFs

do mercado, onde este chip, além de um

modem HART, um conversor D/A de 15

bits e um controlador de LCD, tem um

coprocessador matemático que garante

alta performance a todos os equipamentos

HART desenvolvido com o mesmo. Com

todas estas funcionalidades e alto nível de

integração, este chip possibilita que este

transmissor de pressão possua somente uma

placa eletrônica, facilitando manutenção e

controle de estoque, uma vez que uma única

placa atende todos os modelos.

Tudo isto colabora no aumento de confiabilidade

e diminui as probabilidades de

falhas, garantindo seu uso em áreas críticas.

Além disso, o LD301 possui rápido tempo de

resposta, funções avançadas de diagnóstico,

totalização com persistência e um bloco PID,

onde em muitas aplicações dispensa o uso de

um controlador. Veja figura 12 a 15.

Para conhecer a linha completa de

equipamentos de campo Smar acesse: www.

smar.com.br

A convivência de vários

protocolos em uma

mesma planta

Daqui para frente é esperado que a

convivência entre vários protocolos tornese

uma constante, principalmente onde

o parque instalado for grande e deseja-se


F15. Recursos de diagnose facilitando a manutenção.

F16. Integração Foundation Fieldbus e HART usando o HI302.

preservar os investimentos feitos. A figura

16 é um exemplo típico de sistema onde

se tem em uma mesma planta os protocolos

Foundation Fieldbus e HART.

Neste caso, uma interface HART-FF, o

HI302, é utilizado, permitindo conexões

ponto-a-ponto e multidrop. O HI302 é

uma ponte entre equipamentos HART e

sistemas Foundation Fieldbus, possui 8

canais HART master e faculta ao usuário

executar manutenção, calibração, monitoramento

de status do sensor, status

geral do equipamento, dentre outras

informações.

conectividade

F17. Utilização de FDT e DTM com o HART.

O uso de FDT e DTMs na configuração

de equipamentos HART.

A tecnologia baseada em FDT(Field

Device Tool) e DTM (Device Type Manager)

permite ao usuário ganhar versatilidade

e flexibilidade de configuração,

parametrização,calibração e principalmente

mecanismos de download e upload durante

a fase de planejamento/ comissionamento

dos projetos. É uma tecnologia aberta, e

que permite que um DTM de um equipamento

de campo rode em qualquer

frame application suportando FDT e ainda

possibilita usar um único ambiente de

software para integrar produtos de diferentes

fabricantes e protocolos. O DTM

é um “driver”, ou seja, é um componente

de software (DLL, EXE) que representa

cada equipamento que estiver na planta.

Este “driver” obedece à norma FDT e pode

ser usado em qualquer Frame Application,

independente do fabricante. A figura 17

ilustra um configurador baseado nesta

tecnologia e o DTM do LD301.

Conclusão

Pudemos ver alguns detalhes do protocolo

aberto HART, com uma visão um

pouco diferente do que se tem em nível de

usuário, isto é, envolvendo detalhes técnicos

deste padrão. Além disso, vimos o que se

tem em termos de desenvolvimento de

chips HART avançados e os benefícios em

performance, recursos e funcionalidades

de um transmissor de pressão com este

desenvolvimento. E ainda, a integração

de Fieldbus com HART e o uso do FDT

e DTM na configuração HART. MA

Novembro/Dezembro 2009 :: Mecatrônica Atual

39


conectividade

Segurança em

automação

industrial

Halley Rodrigo Monteneri Mora

saiba mais

Sistema Integrado de Segurança – SIS

Mecatrônica Atual 18

Solução Ethernet para segurança

Mecatrônica Atual 38

Sistema Integrado de Segurança – SIS

Mecatrônica Atual 18

D

40 Mecatrônica Atual :: Novembro/Dezembro 2009

evido aos problemas decorrentes da convergência

e interligação entre TI (Tecnologia

de Informação) e TA (Tecnologia

de Automação), surge a necessidade

de se avaliar questões principalmente

relacionadas à segurança do ambiente

de TA (Cyber Security). Entretanto, não

simplesmente adotando técnicas já consagradas

do ambiente TI, mas analisando

detalhadamente as particularidades e

requisitos que a TA possui.

Em função de seus objetivos, características

do ambiente controlado e dos serviços

oferecidos, TA e TI têm prioridades inversas,

conforme mostra o quadro 1.

Diante da dimensão e complexidade de

administração de uma rede TI, é frequente

enxergar TA como simplesmente uma extensão

desta e, assim, querer administrar

TA utilizando as técnicas e ferramentas

de TI. Mas o problema não é de tão fácil

solução como parece. Enquanto sistemas

de TI têm estimativa de vida em média de

cinco anos, sistemas de TA permanecem

operando por no mínimo 10 anos, geralmente

sem grandes modificações.

Em TA não é tão simples atualizar o

sistema operacional de uma máquina sempre

que um Service Pack (correções de um software

disponibilizadas pelo desenvolvedor)

ou Patch (correção de um erro específico

de um software também disponibilizada

pelo desenvolvedor) esteja disponível. São

necessários testes completos e confiáveis

para certificar-se que o processo fabril não

Através da apresentação dos

sistemas, suas vantagens e

implicações devido a convergência

para sistemas abertos

e interconectados, este artigo

mostra como é feita a segurança

na automação industrial

(cyber security) e as práticas

de segurança atualmente

adotadas

será afetado. Não existe garantia que um

aplicativo desenvolvido para uma versão

de plataforma funcionará adequadamente

após este receber uma atualização.

Apesar da convergência da TA para TI,

ainda existem muitos equipamentos com

plataformas não usuais, drivers/dlls muito

específicos, emuladores, entre outros que, após

uma atualização, podem entrar em conflito

e não funcionar corretamente. Isso explica a

existência de sistemas em DOS, Windows

95, NT, e também sistemas operacionais sem

Service Packs e Patches instalados. É frequente

que usuários e senhas sejam compartilhados

por diversas pessoas que utilizam o sistema

(senhas visíveis na descrição do próprio

usuário ou então em anotações ao lado do

console de operação), sistemas em operação

com usuários de perfil administrador, senhas

padrão, e até sistemas que não exigem autenticação

para operação.

Situações como estas aconteciam porque

não havia preocupações de segurança

anteriormente, pois eram sistemas totalmente

isolados, não convencionais. Não

é simplesmente uma questão de adotar

usuários individuais, pois muitos sistemas

foram desenvolvidos sem tais recursos,

o que nos dias de hoje, é considerado

imprescindível.

Outra questão sobre a simples utilização

das ferramentas TI são os softwares

antivírus, o gerenciamento de ativos, IPS

(Intrusion Prevention System) e demais

softwares permanentemente em execução


(background). Esses softwares podem comprometer

a execução do aplicativo principal e

ocasionar distúrbios no processo ou em outros

equipamentos da rede, dependendo do local

onde forem instalados. Alguns sistemas de

controle utilizam emuladores de tempo real

RAE (Real Time Application Enviromment)

que podem ter seu desempenho comprometido

ao compartilhar processamento

com antivírus ou softwares para geração

de imagens online, por exemplo.

O Gerenciamento de Ativos demanda pacotes

de SNMP (Simple Network Management

Protocol) para monitorar o sistema objetivo e

eles podem comprometer o desempenho da

rede, caso uma configuração criteriosa não

seja realizada, uma vez que, inicialmente

redes em TA não foram concebidas para alto

tráfego. Estas redes geralmente são menores

que redes de TI, menores no tamanho dos

pacotes e no volume de informações. Contudo,

são mais estáveis e previsíveis, visto que

inicialmente ofereciam somente determinismo

para controle de processo.

Se por um lado, a simples aplicação de

técnicas de TI não é desejável neste ambiente, é

crescente a utilização de funcionalidades como

telnet, ftp, web services, SNMP, redes wireless,

entre outras. E a TA, por não estar familiarizada,

acaba ficando exposta às vulnerabilidades

características de cada recurso e/ou não as

exploram adequadamente, sem beneficiar-se

dos recursos de cada ferramenta.

Segurança em sistemas

O conceito de segurança não é unicamente

um produto, mas um processo que, ao ser

iniciado, sempre demandará esforços para

mantê-lo. Para alcançar determinado nível de

segurança, há alterações físicas, instalação de

produtos, adoção de políticas, mudanças de

paradigmas, etc., e este processo altera rotinas

e procedimentos, causando dificuldades na

execução de algumas tarefas. Ao iniciar um

processo para adequar um sistema aos aspectos

de segurança é fundamental estar ciente

destes inconvenientes, dos custos e também

dos benefícios da solução adotada.

Divulgação e Treinamento

É muito importante divulgar, para todos

os envolvidos, os motivos da implantação

do programa de segurança e qual o nível

que se pretende obter. Todos devem ter

consciência das mudanças ocasionadas em

função da segurança desejada. Promover

treinamentos também pode ser necessário

para a correta utilização das ferramentas e

manutenção do processo de segurança.

Políticas de Segurança

É importante lembrar que decidir sobre a

adoção de uma ou outra política deve ser feito

a partir do nível de segurança pretendido.

A seguir exemplificamos algumas políticas

que, direta ou indiretamente, contribuem

para a manutenção da segurança:

• Backups: o que, como e quando realizar

backup, locais de armazenamento,

testes de restauração, etc;

• Antivírus, firewall e outros softwares

relacionados à segurança: como e

quando atualizar, políticas para alteração

e desativação de recursos de

segurança, etc;

• Definição de onde utilizar usuários

e senhas compartilhadas ou não,

perfis de usuários e ativação de logs

de registro;

• Políticas quanto ao uso de equipamentos

conectados temporariamente

nas redes (por exemplo, notebooks);

• Desativação de recursos de equipamentos

com potencial de risco

quanto à segurança: desativação de

drives USB, disquetes e CD-ROMs,

instalação de dispositivos físicos para

impedir o acesso a drives de CD-ROM

e disquetes, portas não utilizadas

em switches em ambientes de pouca

circulação de pessoas, etc.

Gerenciamento de mudanças

Um bom gerenciamento de TI inclui

controle de políticas, hardware e software.

Ambiente TI

Confidencialidade: proteção dos

dados quanto ao acesso não autorizado;

Integridade: dados exatos;

Disponibilidade: em geral alguns

sistemas toleram uma interrupção

por um curto espaço de tempo.

Ambiente TA

conectividade

Toda alteração que possa estar relacionada à

segurança deve estar de acordo com a política

adotada. Testes devem ser realizados para

certificar que o sistema não seja afetado, ou

que alguma vulnerabilidade seja incluída.

Informações detalhadas para restabelecer a

condição anterior, após as mudanças serem realizadas,

também contemplam o gerenciamento

e fazem parte de um item muito importante do

gerenciamento de mudanças. As ferramentas

de gerenciamento de configuração de hardware

e software auxiliam o processo de segurança

e, através de alarmes/logs, é possível detectar

alterações não autorizadas e/ou alterações

oriundas de vírus, entre outros.

Arquitetura segura

O princípio para uma rede segura em um

ambiente de automação está na arquitetura

da rede, que deve agrupar equipamentos por

função e proteger as conexões com outras

redes. Estas segmentações, equipamentos

e pontos de conexão com outras redes

devem estar claramente documentadas, e

isto significa saber e entender o que existe

na rede.

Para conexões entre redes IP (Internet

Protocol) recomenda-se a instalação de

firewall. Em sistemas que necessitam informações

“de/para” na rede de controle,

como PIMS por exemplo, o acesso não deve

ser feito diretamente na rede de controle,

mas em servidores operando como bridge

(ponte) entre estas redes.

Acessos remotos, dispositivos conectados

momentaneamente (típico para fornecedores,

consultores, etc.), recomenda-se

também que não se conectem diretamente

na rede-objetivo, mas através de um servidor

Disponibilidade: o sistema exige

alta disponibilidade. Pequenas interrupções

podem ter como conseqüências

grandes perdas, sejam estas de

produção, danos aos equipamentos, e

em casos mais graves, danos à integridade

física de pessoas.

Integridade: dados exatos;

Confidencialidade: proteção

dos dados quanto a acessos não

autorizados;estamos trabalhando somente

com estruturas lineares. Ainda

não existe base na literatura para a

identificação de sistemas não lineares,

exigindo assim uma melhor atenção

para os testes de não linearidade.

Novembro/Dezembro 2009 :: Mecatrônica Atual

41


conectividade

F1. Arquitetura onde os servidores coletam dados na rede de controle

e os disponibilizam para os sistemas da rede de TI (PIMS, MES, etc.)

F3. Depois de realizados os testes, as atualizações e patches

são transferidas para as redes de controle.

como bridge. A premissa é manter a rede

de controle isolada e somente acessá-la via

servidores, dotados de firewall, antivírus e

autenticação. Assim, os servidores ficarão

localizados numa região denominada DMZ

(De-Militarized Zone), uma região segura

entre a rede TI e TA.

Uma rede isolada da rede principal de

controle, com equipamentos para testes é

uma alternativa para simular modificações

decorrentes de updates, patches, etc. Certificada

a estabilidade ou segurança do

sistema após as modificações, as mesmas

podem ser realizadas nos equipamentos

da rede de controle. Observe a figuras

1, 2, 3 e 4.

42 Mecatrônica Atual :: Novembro/Dezembro 2009

De acordo com a arquitetura e os

exemplos apresentados pelas figuras, a

rede de controle fica isolada das demais,

todo acesso a ela é realizado através da

área DMZ delimitada pelos firewalls, onde

estão os servidores. Recomenda-se que a

utilização destes servidores seja exclusiva

para a função e que os trabalhos nestas

máquinas estejam limitados a atividades

pertinentes à função do servidor. Isso é

importante porque a utilização compartilhada

de servidores para atividades típicas

de estações de trabalho pode comprometer

os serviços oferecidos, seja inserindo

alguma vulnerabilidade ou causando

instabilidades no sistema.

F2. Servidor baixando atualizações, patches, antivírus, firewall, entre

outros, na Internet e fazendo as transferências para a rede de testes.

F4. Acesso remoto: ao invés de acessar diretamente o equipamento

desejado, o acesso é feito através dos servidores.

Devido à existência das segmentações e

da própria região DMZ, é possível combinar

múltiplas sessões de autenticação para

obter acesso à rede TA a partir da rede TI.

Combinando estas etapas de autenticações

com regras de firewall, IPS e antivírus,

por exemplo, cria-se um ambiente seguro

isolando a rede TA e ao mesmo tempo

obtendo controle de acesso a esta - com

recursos de rastreabilidade em função dos

logs das aplicações citadas, diferenciando-se

de acessos sem autenticação ou com simples

senhas comuns neste ambiente.

Em estações de engenharia, recomenda-se

a instalação de antivírus e firewall.

Nos demais equipamentos pertinentes a


um sistema de controle, é recomendável

o acesso somente de pessoas autorizadas

e conscientes das práticas de segurança,

ou seja, a segurança é obtida mediante o

acesso físico a estes equipamentos somente

de pessoas qualificadas. E, quando não

for possível ou não recomendada a modificação

das configurações do sistema,

que este esteja em um segmento isolado

da rede, protegido por firewall e sessões

de autenticação.

Acesso aos recursos

Servidores e demais equipamentos críticos

devem estar localizados em ambientes

com acesso controlado e sua operação restrita

às pessoas autorizadas. Tal recomendação,

somada a não compartilhar os servidores

com estações de trabalho, buscam garantir

também a disponibilidade do equipamento,

já que a parada desta máquina pode

causar a interrupção de um serviço crítico

ao ambiente.

Portas não utilizadas em switches e

hubs podem ser desativadas para evitar a

conexão de equipamentos não autorizados,

dependendo do nível de segurança desejado.

A monitoração do status de cada link das

portas através de recursos SNMP, quando

disponíveis, é uma alternativa à desativação

das portas, pois com o monitoramento

pode ser possível a identificação de algum

usuário não autorizado.

Drives de CD-ROM, disquetes, USB,

entre outros periféricos de estações de

operação e algumas estações de engenharia

podem ser desabilitados ou ter seu acesso

controlado para evitar o uso não autorizado,

porém é preciso sempre avaliar a relação

custo x benefício da solução adotada.

Considerações finais

Não existe uma solução única e ideal

para as questões de segurança no ambiente

de Automação Industrial. Sistemas de TA

já desenvolvidos há algum tempo e que não

possuem recursos nativos de segurança,

por estarem operando em um ambiente

todo interligado, multiusuário, exigem

uma análise detalhada para adequação

à segurança. O caminho é que TI e TA

conheçam melhor as exigências, características

e dificuldades de cada lado e,

unindo esforços, busquem soluções que

satisfaçam as necessidades que cada ambiente

demanda. MA

conectividade

Novembro/Dezembro 2009 :: Mecatrônica Atual

43


case

Pintura automatizada

Dürr

saiba mais

Voigtländer, H.: 87 robots for VW

Saxony. Two top coat lines converted

within three weeks. JOT 11, 2008.

Wieland, D.: Dry scrubbing of

paint overspray. Clear energy and

cost savings. JOT 3, 2009.

Site da empresa:

www.durr.com

Confira dois exemplos de instalações automatizadas

que atendem as expectativas e miniminizam

os riscos.

C

44 Mecatrônica Atual :: Novembro/Dezembro 2009

ada vez mais fabricantes de sistemas de

automação de pintura se confrontam com

desafios específicos e peculiares. O período

de tempo previsto para a demolição, reforma

e modernização das instalações das fábricas, o

pão de cada dia de um fabricante de sistemas

de automação, torna-se cada vez mais curto.

Novos processos, com um número reduzido

de etapas de processamento, estão chegando

às fábricas e, no final, um fabricante de

sistemas de automação também entregará

novos produtos ao mercado que contribuirão

para o aumento da produtividade e para a

redução dos custos por unidade. Tudo isto

somado envolve um potencial considerável

de risco para todos os participantes.

Entretanto, o cliente espera, e com razão,

que as instalações comecem a funcionar

sem qualquer problema. Como é possível

atender a esta expectativa e simultaneamente

minimizar os riscos? Dois exemplos atuais

e extraordinários ilustram a situação

Exemplo 1: No verão de 2008, a Volkswagen

da Baixa Saxônia transformou todas as

Processo mais

seguro com

tempo reduzido

de produção

Pavel Svejda, Dr.-Ing.

Frank Zimmermann, Dipl.-Ing.

suas instalações de pintura de acabamento,

que consistem de duas linhas de pintura com

aplicação manual e mecânica, que precisavam

ser equipadas com a mais recente tecnologia.

Tudo totalmente automatizado. Vejamos os

dados deste impressionante projeto: data

da entrega do pedido à Dürr: dezembro

de 2007; início da instalação: 11 de julho

de 2008; pintura da primeira carroceria:

meados de agosto. Paralelamente, ocorreram

a entrega, a montagem e o comissionamento

de 87 robôs e várias centenas de toneladas de

construção em aço, cabines e equipamentos

de transporte.

Exemplo 2: Em 2006, um fabricante

japonês de equipamentos originais (OEM)

decidiu construir não apenas novas instalações

para a pintura de parachoques na

sua fábrica da Grã-Bretanha, mas também

equipar todas as suas instalações de pintura

de carrocerias com a mais recente tecnologia

de aplicação de pintura interior e exterior,

atomizadores rotativos, aplicação de pintura

eletrostática, bem como com a tecnologia


F1. Oitenta e sete robôs para duas linhas de pintura de acabamento instalados e

comissionados em apenas três semanas – um recorde mundial.

de troca de cor integrada ao atomizador.

Um novo processo e uma nova tecnologia

não apenas para a OEM, mas também

para o fornecedor de sistema de pintura

automatizada. Também neste caso, estavam

programadas apenas breves paralisações de

funcionamento de duas a três semanas, no

verão e no inverno.

Como se pode garantir o início das

operações nas instalações dentro do prazo

previsto, com a qualidade necessária? Como

se pode minimizar os riscos? Os fatores de

sucesso têm naturezas diferentes e devem

se complementar para que se obtenha um

bom resultado.

Certamente são necessários times qualificados

e bem treinados de ambos os lados,

que cooperem de uma maneira ideal, tanto

na fase de engenharia, como posteriormente,

na fase da instalação no local da construção.

Outra condição é um planejamento meticuloso

e detalhado de todas as atividades.

As investigações fora da linha do plano dos

robôs, a programação dos robôs e a simu-

lação dos programas de pintura aumentam

a segurança do planejamento e prevêem

questões críticas do projeto.

As investigações realizadas no Centro

Técnico verificam os resultados da fase

de engenharia, asseguram os processos e

determinam parâmetros de pintura que

levam rapidamente à qualidade aceitável

da pintura no local da construção. O précomissionamento

de todo o sistema dos

robôs de pintura antes da entrega com

testes intensivos das funções, onde os programas

dos robôs são checados e as falhas

são reconhecidas, aumenta a qualidade do

sistema como um todo.

Na sequência da execução do projeto,

que é descrito aqui de maneira resumida,

as investigações do Centro Técnico desempenham

um papel crucial que não deve ser

subestimado. Enquanto as simulações fora

da linha apenas verificam o programa de

movimentos baseado nos parâmetros padrão

da pintura, os testes do Centro Técnico representam

a única possibilidade de obtenção

Novembro/Dezembro 2009 :: Mecatrônica Atual

case

do resultado esperado da pintura, usando-se

uma carroceria verdadeira, empregando-se

a técnica de aplicação específica do projeto,

bem como o material de pintura real antes

do comissionamento, e os resultados são

comparados com os requisitos do cliente.

Com base nos dois exemplos dos projetos

mencionados, o processo e os conteúdos

das investigações no Centro Técnico serão

abordados em mais detalhes.

Em cada caso, o foco das investigações

estava nas particularidades do projeto.

No primeiro exemplo, não focalizaremos

apenas os tempos extremamente curtos

de montagem e de comissionamento, e a

conversão da aplicação mecânica para a

aplicação robotizada, com a redução do

número de atomizadores, mas principalmente

a introdução da pintura robotizada

do interior. Como primeiro passo, investigou-se

a configuração do atomizador de

ar. Selecionaram-se várias cápsulas de ar.

O critério de seleção foi a eficiência da

transferência sob a premissa de uma qua-

45


case

F2. Investigações

garantem o

desempenho

do processo

para o chamado

‘processo de

pintura 3-wet’,

onde o primer, a

camada de base,

e a pintura são

aplicados em uma

linha de pintura,

sem secagem

intermediária,

e depois são

curados juntos.

lidade satisfatória. As investigações foram

realizadas em três diferentes módulos do

programa para capô, porta interior e porta

traseira. Rapidamente verificou-se que a

cápsula de ar padrão utilizada pela Dürr,

particularmente com os programas de pintura

mais complexos para as portas interiores e

portas traseiras, levou a uma economia de

material de cerca de 10%, sendo a espessura

da camada ligeiramente maior.

No passo seguinte, os programas da

sequência do comissionamento de todos os

modelos de carroceria foram otimizados.

Uma condição essencial para isto era a

capacidade de transferência dos resultados

da escala do Centro Técnico para as

instalações reais. Isto exigia do Centro

Técnico alta flexibilidade e reprodutibilidade

na determinação dos parâmetros do

processo. No terceiro passo desta série de

46 Mecatrônica Atual :: Novembro/Dezembro 2009

testes, mostrou-se o potencial da atomização

rotativa no exemplo da pintura do interior

da porta com EcoBell 2HD em relação

à melhoria da eficiência. O resultado foi

evidente: uma economia de material de

mais de 30%.

Enquanto no exemplo da Volkswagen

da Baixa Saxônia os testes ocorreram em

um determinado período posterior à data

da assinatura do contrato, no segundo

exemplo as investigações foram realizadas

em inúmeras etapas individuais distribuídas

ao longo de mais de dois anos. O objetivo

foi primeiramente a seleção da técnica de

aplicação ideal. A série de testes começou

em meados de 2006, com um programa

de validação das instalações de pintura de

parachoques, e continuou meio ano mais

tarde para a validação das instalações de

pintura de carrocerias.

Em cada caso, o programa experimental

foi claramente especificado pelo cliente,

que devia não apenas fornecer informação

sobre a qualidade da pintura exigida, mas

também fornecer dados que fossem importantes

para a eficiência econômica do

processo de pintura, tal como a eficiência

da transferência, perdas de tinta na troca

de cor, tempo gasto na troca de cor. E,

finalmente, também foram avaliados os

critérios que são importantes para o serviço

e para a manutenção.

Depois que a tecnologia de aplicação

da Dürr foi aprovada no programa de

validação do cliente, e depois que a Dürr

recebeu, no início de 2007, os pedidos para

as instalações de pintura de parachoques

e para a reconstrução das instalações de

pintura, investigações detalhadas foram

realizadas em diversas etapas. Até outubro


de 2008 o cliente havia passado um total de

34 semanas no Centro Técnico. Durante

este tempo, no início de 2008, começaram

as operações nas instalações de pintura de

parachoques. A última das quatro etapas

da construção foi concluída em março de

2009. No total, 50 robôs-pintores foram

entregues em ambos os projetos.

Um centro técnico moderno tem um

papel importante na segurança do desempenho

de novos processos de pintura.

Atualmente estão sendo discutidos no setor

os chamados processos de pintura sem-primer,

ou processos 3-wet, que são processos

encurtados, com um número reduzido de

etapas. Tais processos já estão em uso em

algumas OEMs. Entretanto, eles devem ser

garantidos em cada nova instalação quanto

às suas limitações específicas. A garantia

somente pode ocorrer por meio de testes

em carrocerias completas e em um centro

técnico. Isto confirma o layout planejado,

os dados do processo e a qualidade do

produto. Nesta fase ainda é possível fazer

as correções necessárias no processo, ou

fazer adaptações no material de pintura

sem maiores problemas.

As investigações quanto à segurança

do desempenho do processo no Centro de

Teste da Dürr em Bietigheim-Bissingen

têm uma longa tradição. A experiência

mostra que o Centro de Teste de aplicação

de pintura da Dürr (Centro de Teste para

Pintura Ecopaint) desde sua inauguração

em 1992 contribui significativamente para

a introdução e segurança do desempenho

de processos de pintura novos e inovadores.

Como exemplo podemos citar o processo

de pintura integrado com um verniz à

base de uma mistura de pó e água (powder

slurry clear coat) na Daimler, em Rastatt,

Alemanha, ou a introdução da pintura em

pó na BMW.

Em uma instalação de pintura aplica-se

não apenas a tinta, mas também materiais

altamente viscosos para a selagem das

juntas, para a proteção da parte inferior

da carroceria e, parcialmente, para o

amortecimento de ruídos. Pelas mesmas

razões que as investigações no Centro

Técnico são importantes para a aplicação

da pintura, elas também são vitais para

os projetos. Para atender a esta demanda,

também o ‘Centro de Teste de Selagem

Ecopaint’ se encontra em operação na

Dürr desde 2005.

F3. Centro de Teste de Pintura Ecopaint.

F4. Centro de Teste de Selagem Ecopaint.

Os testes disponíveis na Dürr, originalmente

limitados às tecnologias de

aplicação, expandiram-se nos últimos anos

para incluir as áreas de processo de pintura

e tecnologias de pré-tratamento. Um centro

de testes adicional está à disposição na

sucursal de Bietigheim para investigações

de processos de pintura por imersão com

uma técnica rotacional e para investigações

de sistemas de deposição seca de overspray

de pintura. Juntos, os Centros de Teste da

Dürr, situados em uma área total de 5.650

m², formam o maior Centro Técnico no

mundo deste gênero.

Os desafios a serem enfrentados na introdução

de novos processos com materiais de

pintura e produtos em projetos com duração

reduzida são enormes. Sem investimentos

em ferramentas correspondentes, nos quais

também se inclui um centro técnico com

Novembro/Dezembro 2009 :: Mecatrônica Atual

case

No Centro de Teste de Pintura Ecopaint,

quatro cabines de pintura com um total

de doze robôs estão à disposição para

todos os processos de aplicação, com

uma grande variedade de tecnologias de

pintura.

Um robô adicional de medição equipado

com um sistema remoto de

medição da espessura do filme úmido é

usado para gravar o resultado.

Dois fornos de convecção, que podem

ser programados com várias curvas

de temperaturas, asseguram uma cura

flexível correspondente às exigências

do material de pintura utilizado em

cada caso.

A inspeção visual da aparência da pintura

pode ser feita sob condições específicas

de iluminação em uma cabine

especialmente equipada para isto.

Para a avaliação das séries de testes

existentes emprega-se uma tecnologia

de medição de última geração.

Para investigações na área de aplicação

de mástique, o Centro de Teste de

Selagem Ecopaint conta com 4 robôs

de selagem e equipamentos periféricos

necessários, assim como uma estação

de robôs para aplicações de adesivos.

Com o Centro Técnico de Processamento

recém- construído, uma área

total de 5.650 m² encontra-se à disposição

na sucursal de Bietigheim-Bissingen.

tecnologia de última geração, um fabricante

de sistemas de pintura não pode vencêlos.

Mas também clientes e usuários são

altamente dependentes de tais testes. As

investigações completas no Centro Técnico

da Dürr trazem a segurança necessária do

processamento e portanto, levam a reduções

significativas de custos. Abdicar-se

das múltipas possibilidades de garantia de

desempenho de processo oferecidas pelo

Centro Técnico da Dürr, significaria um

mergulho no escuro, risco este que ninguém

pode se dar ao luxo.

MA

47


case

Sitara TM

Microprocessador para

aplicações industriais

Em outubro de 2009, a Texas Instruments anunciou o lançamento

dos microprocessadores AM3505 e AM3517 com a finalidade de

atender o mercado industrial

saiba mais

Sitara: Microprocessador para

aplicações industriais

Saber Eletrônica 441

Site Oficial

www.ti.com/sitara-pr

ARM Cortex-8

www.arm.com/products/CPUs/

ARM_Cortex-A8.html

48 Mecatrônica Atual :: Novembro/Dezembro 2009

A necessidade industrial

Nem todos os equipamentos eletrônicos

podem ser colocados em operação dentro

de uma fábrica. Dependendo do tipo de

produto que está sendo manufaturado,

como também do local onde isto ocorre,

podem diferenças de temperaturas muito

grande, bem como haver sofrer diversos

tipos de interferência devido principalmente

dos motores em movimento. Ter

um computador ou um equipamento de

monitoração que opere em tais condições,

estando o mais próximo possível da linha

de produção, sempre foi o sonho de muitos

projetistas.

Colocar equipamentos que dependem

de refrigeração para manter seu sistema

funcionando nem sempre funciona da

forma correta nestes locais, pois em muitos

casos o ar que seria usado para esfriar os

componentes já está a uma temperatura

muito elevada.

Família Sitara TM

A Texas Instruments, procurando atender

essa procura por processadores que trabalhem

em ambientes industriais, desenvolveu a

família SitaraTM de microprocessadores.

Um dos pontos principais deste componente

é a faixa de temperatura em que trabalha,

que vai de -40 até 85/105 ºC, dependendo

do componente escolhido.

Renato Paiotti

O core do SitaraTM é baseado no ARM

CortexTM-A8 de 500 MHz, atingindo

1000 Dhrystone MIPS, possibilitando

assim rodar Linux e Windows CE.

Além do seu tamanho, o componente

não precisa ser refrigerado, viabilizando

assim a construção de um PC compacto

uma única placa. Além de eliminar a necessidade

de ventilação, que consome energia

para o funcionamento, o core precisa de

apenas 1,2 V e os sinais de I O 1,8 V (para

DDR2) ou 3,3 V.

Entre outros recursos importantes que

estão adicionados na nova família, estão o

acesso externo à memórias do tipo DDR2

(com interfaceamento de 1 GB para espaço

de endereçamento), NOR Flash, NAND

flash, OneNAND e Asynch SRAM, um

canal SDMA de 32 bits, uma porta de vídeo

configurável, além de atender a diversos

Dhrystone

É um Benchmark desenvolvido em 1984

para testar o desempenho bruto de um

processador, isso porque ele simula

chamadas e operações de escrita e

leitura de dados. Este benchmarck foi

originalmente desenvolvido em ADA

por Reinkol P. Weicker, mas o mais utilizado

é a sua versão em C distribuida

por Rick Richardson, atualmente ela

existe em várias linguagens.


ARM Cortex-A8

Esta arquitetura é conhecida pela sua

alta eficiência e baixo consumo, próprio

para projetos mobile, tais como telefones

celulares, set-top boxes, consoles

de videogames, aparelhos de navegação

GPS e sistemas de entretenimento para

automóveis, ou seja, para aparelhos que

possam consumir até 300 mW.

Ela pode trabalhar numa frequência entre

600 MHz e 1 GHz.

O Cortex-A8 teve as suas bases na arquitetura

ARMv7, que possuía bons recursos

implementados, entre eles o Thumb®-2,

que tem a finalidade de condensar o código,

e com isso reduzir o uso da memória

em até 31% e também o gasto de energia

com o processamento dos comandos.

Outra tecnologia empregada na arquitetura

é a tecnologia NEON empregada

FA. Diagrama de Blocos do ARM Cortex – A8.

para áudio, vídeo e gráficos 3D, podendo

decodificar MPEG-4 VGA a 30 frames

por segundo.

A segurança do sistema fica a cargo da

tecnologia TrustZone, protegendo periféricos

e a memória usada.

A arquitetura Cortex-A8 possui duas

ALU (Unidade Lógica de Aritmética),

aumentando a eficiência na leitura das

instruções. A tecnologia NEON utiliza de

forma eficiente estas duas ALU.

Para a área industrial, que requer um

código muito enxuto e seguro, esta arquitetura

possui a tecnologia Jazelle-RCT

que compacta em até 3X o tamanho do

programa compilado.

Na figura A é possível ver no diagrama

de blocos, a unidade NEON e o cache L2

com sua lógica.

Novembro/Dezembro 2009 :: Mecatrônica Atual

case

49


case

F1. Diagrama de blocos do AM3517.

protocolos de comunicação serial, entre

eles a Rede CAN e outros recursos que um

processador pode oferecer.

No diagrama de blocos da figura 1 é

possível ver a estrutura do AM3517.

Tanto o AM3505 como o AM3517 são

montados em sBGA de 491 pinos.

TMDXEVM3517

Este é o módulo de avaliação do SitaraTM

AM3517, conforme é possível observar

na foto da figura 2, ele possui um display

LCD Touch Screen, podendo rodar com

OMAP3517 Linux SDK, Kernel 2.6.31

U-boot, Windows® Embedded CE in

4Q09 e Multiple RTOS in 1Q10, tendo

entradas/saídas EMAC, USB PHY, USB

OTG & Host, CAN, SDIO I2C, JTAG,

Keypad, SD/MMC (2), DVID/HDMI,

Video input, Bluetooth e WLAN.

O preço desta placa comprada diretamente

do fabricante, sem contar as taxas e

impostos, é de mil dólares.

50 Mecatrônica Atual :: Novembro/Dezembro 2009

F2. TMDXEVM3517.

Conclusão

Atualmente, temos até a arquitetura ARM

Cortex-A9 que possui de 1 a 4 cores (multicore)

operando a 2,0 DMIPS/MHz cada Core,

além de consumir menos que o Cortex-A8.

Este tipo de arquitetura a Texas Instruments

utiliza nos seus OMAP4430/40. Porém a

arquitetura Cortex-A8 é adotada por diversos

fabricantes, tais como Apple, Samsung,

Ericsson entre outras. O motivo está na sua

consolidação, e que o processo de fabricação

de um microprocessador leva um certo tempo,

desde o seu projeto até a sua distribuição.

Em breve teremos dispositivos móveis e

computadores industriais empregando não

só o Cortex-A9, mas como outras tecnologias

que tenham maior poder de processamento

bem como um baixo consumo, além de

sobreviver aos ambientes hostis que um

“chão de fábrica” pode provocar. MA


instrumentação

14 Mecatrônica Atual :: Novembro/Dezembro 2008

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