SYSTEM302-7: Sucesso garantido com PROFIBUS em plantas de biocombustíveis e bioenergia
É notório o grande avanço do Brasil na consolidação tecnológica de produção dos biocombustíveis originários da cana de açúcar, em especial o etanol. Grandes empreendimentos feitos com capital nacional e internacional vêm dando grande impulso aos diversos segmentos envolvidos na produção. Nos próximos anos o mercado brasileiro de etanol deve movimentar dezenas de bilhões de dólares.
Particularmente no segmento de automação, verificamos a consolidação das redes digitais de automação como o caminho adotado, e em especial o PROFIBUS, com suas variantes DP e PA. Isto se deve, em grande parte, à necessidade tecnológica que estes empreendimentos requerem, como baixo custo de implementação, segurança da informação, facilidades na operação e manutenção e com as integrações completas entre a instrumentação de campo e os chamados CCM inteligentes. Hoje a maioria das plantas novas de açúcar e etanol estão sendo projetadas com tecnologia PROFIBUS. As maiores plantas do segmento vem sendo automatizada com o SYSTEM302-7 da SMAR, um sistema de automação e controle baseado em redes e tecnologia verdadeiramente aberta: SYSTEM302-7.
Jatai - Sala de Controle
Aplicação do SYSTEM302-7 no setor:
A Tropical Bioenergia SA, onde se tem aproximadamente 1000 nós em PROFIBUS distribuídos em 15 controladores SMAR da linha DFI302 DF73 com o SYSTEM302-7, possui um sistema digital de controle híbrido e de arquitetura descentralizada, que possibilitará que na segunda fase de implementação do empreendimento, esta unidade de produção duplique de tamanho. A SMAR também foi responsável por toda instalação da automação. A CNAA Ituiutaba e Itumbiara totalmente automatizadas pela SMAR, onde o contrato incluiu o fornecimento do SYSTEM302-7, composto por toda a instrumentação de campo em tecnologia PROFIBUS, os controladores do processo, os painéis de controle e toda a infra-estrutura do Centro de Operações Integradas (COI) no estilo do já famoso e bem sucedido COI da Santa Elisa, amplamente divulgado pela mídia especializada em automação e controle.
Fazem parte deste fornecimento 3200 instrumentos de campo PROFIBUS PA SMAR e quatro sistemas de supervisão e controle projetados para trabalhar com tecnologias digitais de controle, numa arquitetura aberta e distribuída que inclui o funcionamento de 21 CPUs DF73 DPV1 por cada unidade. Juntando-se a isto, a tecnologia AS-i foi escolhida para o controle dos acionamentos de válvulas on-off e sensores. A SMAR também foi responsável por toda instalação da automação. Estas unidades entraram em operação total em 2009.
Mauro Sponchiado (Vice-Presidente e Fundador da SMAR) and Armando Viotti (Diretor Geral de Operações do Grupo Cosan)
Estes são megaprojetos em bionergia com a grandeza de mais de 5000 nós e mais de 35.000 pontos de supervisão.
Soma-se recentemente a estes grandes fornecimentos do segmento com tecnologia, produtos, serviços e sistema de automação SMAR, a unidade do Grupo Cosan em Jataí, GO, uma das maiores usinas e um dos maiores parques instalados do mundo com tecnologia PROFIBUS.
Com duas turbinas para geração de energia elétrica (35MW e 30MW), capacidade de moagem de 21 mil toneladas de cana por dia e produção de 2.249 metros cúbicos de álcool por dia, entra em operação, com automação SMAR, uma das maiores e mais automatizadas usinas do mundo com tecnologia PROFIBUS, a unidade do Grupo Cosan em Jataí, GO.
Segundo Fernando Liboni, Gerente de Projeto da SMAR Divisão Internacional, a SMAR estará presente em praticamente todas as etapas do processo. “Os equipamentos de campo da SMAR (mais de 800 equipamentos de campo SMAR) já estão instalados em diversas partes da usina, como Utilidades, Preparo, Tratamento, Fermentação, Destilaria, Esteiras, Turbo Gerador, Captação, ETA, Caldeiras e Difusor”. Foram instalados na planta nove painéis de controle com protocolo PROFIBUS, além de posicionadores de válvulas e transmissores de pressão e temperatura.
O engenheiro Armando Viotti, Diretor de Operações do Grupo Cosan, apresentou no 10º SBA – Seminário Brasileiro Agroindustrial, realizado pela STAB – Sociedade dos Técnicos Açucareiros e Alcooleiros do Brasil nos dias 28 e 29 de outubro no Centro de Eventos Taiwan, em Ribeirão Preto, SP, uma análise da performance do início da moagem, relatando números e resultados positivos. Viotti destacou, entre outros aspectos fundamentais para os resultados obtidos até agora, o sistema de controle SYSTEM302-7, implementado pela neste empreendimento.
São 14 estações de operação redundantes, configuradas pela SMAR e organizadas em uma sala de controle COI – Centro de Operações Integradas.
É mais uma aplicação de sucesso do SYSTEM302-7, o sistema de automação e controle SMAR.
Veja algumas vantagens do SYSTEM302-7 e que vem sendo explorada em milhares de aplicações ao redor do mundo:
- Flexibilidade para alterar as configurações atendendo às novas demandas;
- Distribuição de funções críticas, como o controle em campo;
- Maior número de informações, que não sejam de processo, para o gerenciamento da instrumentação e do processo e ainda integração aos negócios;
- Arquitetura mais enxuta com custos iniciais, operacionais e de manutenção menores;
- Interoperabilidade entre vários fabricantes aumentando as possibilidades de escolha e a redução de custos com sobressalentes;
- Totalmente digital e conectividade a múltiplos protocolos(HART, Foundation Fieldbus, PROFIBUS-DP, PROFIBUS-PA, DeviceNet, As-i, Modbus, etc);
- Possibilidade de expansão a custo reduzido, arquitetura escalável;
- Redundância nos mais diversos níveis, mairo disponibilidade, maior segurança;
- Maior facilidade no aprendizado;
- Operação facilitada, enegenharia simplificada, ambiente multiusuário;
- Operação remota;
- Integração das funções de operação, manutenção e engenharia em todos os processos a partir da Sala de Controle Central, baseada em protocolos padrões;
- Visão completa de todo o processo através de interfaces gráficas intuitivas;
- Gerenciamento de Ativos (baseado em web, EDDL, FDT/DTM), MES.
Ainda segundo Liboni, a Cosan Jataí, considerada uma das mais completas usinas do mundo, se destaca pelo alto nível de profissionalização. “Atualmente existem grandes usinas com controle automático, mas esta unidade, em especial, chama atenção pela profissionalização, pois desde a terraplanagem as metodologias de gerência de projetos estão presentes na tomada de decisões, realizada por um grupo de engenharia responsável pela entrega do projeto”, conclui.
Nestes projetos toda a integração dos softwares se faz através do STUDIO302, um componente do SYSTEM302-7 que permite o gerenciamento de todos os softwares necessários ao projeto, tornando a interface com o usuário amigável. O SYSTEM302-7 é um sistema de automação aberto com possibilidade de diagnósticos, maior tolerância a falhas, blocos de funções, FFBs (Blocos Flexíveis), conectividade OPC e com diversos protocolos, e uma série de outras características que o torna um sistema de controle completo e não um simples barramento de comunicação com integrações proprietárias. Sua escolha nas principais plantas do setor deve-se às funções de controle de processo que permitem agregar informações que possam trazer benefícios nas tomadas de decisões, garantindo a excelência operacional.
O sistema de automação utiliza tecnologias abertas que se integram perfeitamente ao hardware, ao mesmo tempo em que dá liberdade para conectar-se com software e hardware de outros fabricantes. Os usuários têm a liberdade para escolher os componentes e até mesmo construir o seu próprio sistema.
A flexibilidade e a capacidade de expansão da arquitetura do sistema possibilitam reconfigurações e expansões para atender as novas condições de processo sem grandes reinvestimentos. Tecnologias modernas possibilitam respostas rápidas às mudanças nas condições de mercado.
Em termos de excelência operacional, o setor sucroalcooleiro não é diferente de qualquer outro segmento e vem sofrendo constantes pressões para alcançar a excelência operacional, objetivando garantir sua competitividade.
Excelência operacional significa otimizar e dinamizar os processos através da análise de dados em tempo real facilitando a tomada de decisão, de forma inteligente, estratégica e em todos os níveis da organização.
Mas quais os níveis de resultados esperados? Podemos citar principalmente:
- Otimização da Produção: Ao saber a real capacidade de produção, pode-se operar com mais precisão e melhor atender seus pedidos de compra.
- Melhoria de Desempenhos: Ao usar a tecnologia digital e automação pode-se ter os processos aprimorados, pode-se gerenciar de maneira mais eficiente as operações da planta.
- Padronização e disponibilidade facilitadas: Padronizando as métricas de performance, qualidade e de produção através de toda a planta, consegue-se manter a integridade da marca e garantir disponibilidade de produto.
- Redução de custos: Identificando e resolvendo ineficiências nos processos e na produção, pode-se melhorar a agilidade geral da empresa, a relação custo-benefício e os resultados financeiros finais.
Outro ponto a ser observado são as atualizações tecnológicas de unidades existentes que aconteceram recentemente, como a Usina Zanin em Araraquara-SP, que substituiu turbinas a vapor por motores elétricos com protocolo PROFIBUS DP, ou a unidade Vale do Paranaíba em Minas Gerais, que realizou um upgrade do sistema de extração de caldo por difusão e da destilaria também com esta tecnologia.
Juntas, estas unidades chegarão a processar anualmente 15 milhões de toneladas de cana durante um período de oito meses, num custo de produção competitivo, pois utilizam pouca mão-de-obra e fornecer produtos de qualidade desejável ao mercado externo.
Outro caso que virou referência mundial em PROFIBUS com o SYSTEM302-7 da SMAR é a automação da Unidade Alvorada do Bebedouro Açúcar e Álcool: http://us.profibus.com/docs/App_Report_Sugar_and_Alcohol.pdf
Esta unidade localizada no município de Guaranésia-MG, iniciou a produção do açúcar VHP (Very High Polarization), matéria-prima para indústrias de alimentos. Visando alcançar a produção de cerca de 106.250 toneladas de açúcar em 2009 destinada à exportação, recebeu investimento de 60 milhões de reais na ampliação da sua Moagem, Geração de Vapor, Tratamento de Caldo, Evaporação e na implantação da Fábrica de Açúcar.
Vista da planta em Jataí
A SMAR, através da Engenharia de Aplicações, juntamente com o corpo técnico da unidade, escolheram para este empreendimento a tecnologia de rede industrial PROFIBUS. Os principais fatores que levaram à esta escolha foram o alto índice de aceitação e confiabilidade deste protocolo no mercado, pelo padrão de comunicação aberto, interoperável com vários fornecedores, pela facilidade de instalação e simplicidade na configuração, além de uma arquitetura simples.O sistema de automação escolhido foi o SYSTEM30-7 da SMAR que além de flexibilidade de conectividade, permite a integração com sistemas especialistas de administração, qualidade e manutenção, tais como o MES (Manufacture Execution System) e o ERP (Enterprise Resource Planning). Desta forma os setores administrativos, de planejamento de produção e de gerenciamento industrial têm acesso as informações necessárias para as suas necessidades possibilitando um acompanhamento, controle e melhoria no processo produtivo e suporte à cadeia logística, através de tomadas de decisões mais precisas e melhor coordenadas, trazendo eficiência e eficácia nas ações implementadas e no aumento da disponibilidade da planta.
Na arquitetura projetada foram determinadas a implantação de redes PROFIBUS DP para os CCMs (Controle e Comando de Motores), PROFIBUS PA para os equipamentos de controle contínuo em campo e AS-i para os equipamentos de acionamento discreto em campo, distribuídos entre controladores mestre PROFIBUS DP. A comunicação horizontal entre os controladores é possível utilizando a rede de 100 Mbits Ethernet por meio do protocolo de controle e supervisão HSE (High Speed Ethernet). As malhas de controle, acionamento de motores e intertravamentos foram configuradas nos controladores mestre DF73 PROFIBUS DP. Todos os controladores estão conectados em uma rede em anel com meio físico de fibra óptica permitindo que sejam trocados dados para controle entre os controladores e de supervisão entre os controladores e as estações de operação, engenharia e manutenção.
Para os acionamentos dos motores, foram especificados CCM’s inteligentes com relés, inversores e soft starters dotados com protocolo de comunicação PROFIBUS DP. No total a rede PROFIBUS DP possui 162 equipamentos, comunicando a uma velocidade de 1,5 Mbits/s, com distância de rede com aproximadamente 200 metros de comprimento máximo. Todos os sensores fins-de-curso e acionamentos das válvulas on/off são dotados com o protocolo de comunicação AS-i, inseridos na rede PROFIBUS DP através de gateways para conversão PROFIBUS DP para AS-i.
Todos os equipamentos de campo, tais como posicionadores série FY303 para atuadores pneumáticos de válvulas, transmissores de pressão manométrica e diferencial série LD303, transmissores de temperatura série TT303, os conversores 4-20mA/PROFIBUS PA série IF303 utilizados para inserir equipamentos dotados de sinal de saída 4-20mA na rede PROFIBUS PA, bem como os controladores mestre DF73 PROFIBUS DP são da linha de produtos SMAR para o protocolo PROFIBUS DP e PA.
As caixas de junção JM400 da SMAR foram utilizadas na rede PROFIBUS PA, interligando fisicamente os equipamentos de campo como nós da rede, permitindo uma conexão fácil e segura necessário para acondicionamento de uma rede industrial. O JM400 pode ser utilizado em áreas classificadas devido a sua certificação à prova de explosão.
O mercado – A principal característica da matriz energética brasileira reside na elevada percentagem de energia renovável, sendo que, um quarto da energia primária provém de biomassas exploradas comercialmente, caracterizando situação diferenciada e única no mundo quando comparada às outras fontes de energia. Na matriz de fontes e usos do Brasil coexistem distintas cadeias bioenergéticas como a do etanol de cana de açúcar. É notório o papel de destaque que o Brasil poderá representar no contexto energético mundial, quer seja alterando fortemente sua matriz energética para um perfil altamente renovável, e ainda, suprindo importantes mercados externos, demandantes por biocombustíveis.
Este destaque tem chamado a atenção do mundo todo, sobretudo nos contextos recentes de custos elevados das energias fósseis convencionais.
A SMAR, em seus 35 anos de atuação, vem contribuindo para a sustentabilidade da nossa casa maior com todos os seus colaboradores no Brasil e no mundo. Incentivando a automação e suportando o gerenciamento dos processos industriais, a SMAR ajuda os nossos clientes a reduzir o impacto no meio ambiente com uma tecnologia 100% desenvolvida por técnicos e engenheiros brasileiros e gerando soluções ambientalmente sustentáveis.
O etanol brasileiro, o mais competitivo do mundo, reduz em 85% as emissões de CO2, um dos gases responsáveis pelo aquecimento global. Dentro deste contexto, a SMAR se situa como a primeira empresa de automação a oferecer soluções em automação e controle em usinas de açúcar e álcool, através de sua tecnologia, produtos e serviços. No Brasil e no mundo, a SMAR está presente em mais de 90% das usinas. Veja a presença da SMAR nos diversos segmentos industriais: https://www.smar.com.br/pt/industrias
Veja mais detalhes de aplicações SMAR no segmento de Açúcar e Etanol em vídeo e uma lista completa de referências em: https://www.smar.com.br/pt/acucar-etanol
Conheça todo portifólio SMAR em: https://www.smar.com.br/pt
SYSTEM302: Inovação, Resultados e Excelência
Autor
- César Cassiolato
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