Flávio Bosco

A ineficiência produtiva ficou guardada no século passado, nos livros de José Lins do Rego. A consolidação dos mega-grupos e a chegada do capital multinacional com seus métodos de gestão pautados no ótimo tem reescrito a forma de operar a produção de açúcar e álcool. As usinas que iniciaram a moagem nas últimas safras estabeleceram um novo conceito de produção sem interferências. A filosofia de produção com menor custo e máximo desempenho chegou triunfalmente azsistema. O conceito descarta, já no projeto, a administração de processos manuais – que geram erros e atrasos no fluxo de informações importantes para avaliações, planejamentos e controle. “Há uma preocupação em ter todo o controle diretamente no motor, regulado exatamente para aquilo que é necessário no processo”, explica o gerente de Contas Estratégicas da Schneider Electric, Sandro Paulauskas.

A Schneider Electric instalou na usina Total a tecnologia hot stand by de CPUs redundantes dentro do Centro de Operações Integradas e a comunicação ethernet no chão-de-fábrica, para garantir a disponibilidade do sistema. Aos pares, as CPUs comandam um grupo de processos. No chão-de-fábrica, dois anéis de fibra óptica transportam as informações por todas as áreas da usina – além do aumento na velocidade com que os dados são transferidos, por conta da rede ethernet, os vários departamentos da planta compartilham informações o tempo todo, monitorados por um único centro de controle. Lá, para moer 5 mil toneladas por dia, uma centena de operadores se dividem em três turnos. Ninguém precisa sair do Coi para configurar um instrumento – todo o acesso ocorre via rede.

Nunca na história desse país a usina deu tanto valor a informações do processo. A tentação de vender etanol para cobrir problemas de caixa fez os preços do produto caírem abaixo dos custos de produção. A única sobrevida só é possível a quem mantiver uma performance de produtividade trazidos pela maximização da matéria-prima e pelo fim do desperdício – desempenho que depende de controle e de informação disponível de forma instantânea.

“Esse conceito de produzir muito sem fazer investimentos em tecnologia está ficando para trás. Hoje os grandes grupos que estão entrando no segmento prezam muito a questão do custo de produção do produto final”, conta o supervisor de automação da ETH, Wagner Campos.

Em quatro das cinco usinas da ETH, o tradicional CLP deu lugar ao sistema digital de controle distribuído, inédito no setor sucroenergético mas comum em refinarias de petróleo e plantas petroquímicas – onde a quantidade de variáveis analógicas exige um número maior de malhas de controle. O assunto é tão novo que nem há mão-de-obra para operar esse sistema. “Estamos mudando a tecnologia do setor, e isso exige qualificação e uma mudança nos patamares de conhecimento e relacionamento das pessoas com o negócio”, explica o ex-presidente da Braskem, José Carlos Grubisich, no comando da ETH desde o ano passado.

Um dos pontos fortes dos sistemas de controle via SDCD é o software de gerenciamento de ativos – justamente aquele ponto descrito no início dessa reportagem: é mais importante evitar que a falha de um instrumento ou sistema paralise toda a usina do que simplesmente repor um que foi rompido ou um equipamento quebrado.

Desde que começaram a desenhar o projeto da Total Agroindústria Canavieira, em 2006, os engenheiros tinham como premissa implantar uma operação totalmente automatizada, com o menor número possível de pessoas envolvidas na operação, e disponível 100% do tempo. Não seria uma tarefa simples. Em outubro a usina começou a moer os primeiros toletes de cana, e o gerente industrial, Gilson Fuzaro, garante que os objetivos foram alcançados: a usina roda com apenas 35 pessoas por turno.

As grandes apostas da Total foram os sistemas redundantes hot stand by de CLPs e de servidores Scada, e a comunicação Ethernet no chão-de-fábrica. Ao invés de ter CLPs individuais para cada processo da produção, o projeto adotou as propostas da Schneider Electric, de centralizar todo o controle dentro do Centro de Operações Integradas – com a utilização de um conjunto de CLPs para cada três processos, reduzindo de 13 para oito a quantidade de CLPs.

A utilização desse tipo de sistema já é adotada pela indústria de mineração e siderurgia, mas ainda inédito na produção de etanol. “A Schneider nos mostrou todas as facilidades da ethernet. E os usuários deram todo aval – dentro da necessidade deles a tecnologia se adequava perfeitamente”, conta Fuzaro.

A usina Total, localizada na cidade mineira de Bambuí, foi gerada no auge do setor. Nasceu grande: na primeira etapa – já em operação – moeria 1.200 mil toneladas por ano para produzir 105 mil m³ por ano e 16,8 MW. Para controlar tudo isso, estão instalados 900 instrumentos Profibus e Asi e 360 motores – de partida direta com até 32 ampéres, e acima disso motores soft starters e inversores de frequência. No COI, são seis estações de trabalho e duas de engenharia – e um software supervisório de 30 mil tags. Na segunda fase, prevista para operar em 2012, outra caldeira aumentará a geração de energia elétrica para 55 MW, e a produção subirá para 2.200 mil toneladas de cana.

A falta de outras experiências no negócio sucroalcooleiro fez com que o grupo de empresários colocasse o empreendimento sob o comando de gente experiente. Profissional com 24 anos de carreira no Grupo São Martinho, Fuzaro assumiu a parte industrial da Total quando a usina ainda estava no papel. Colocou a área de utilidades, elétrica e automação no controle de William Galante Fontes, outro engenheiro perito nos processos da São Martinho.

A primeira concepção do projeto elétrico e de automação, desenhada pela Sanden, não fugia muito da idéia de uma usina moderna: um COI para operação centralizada, com uma CPU para cada área do processo, instalada no campo – sendo que a única CPU redundante estaria instalada na caldeira. Sanden e Schneider Electric definiram juntas a arquitetura a ser empregada no projeto de automação, além de projetarem todo o sistema redundante dos processos, não apenas o da caldeira. “Essa mudança garantiu uma melhor performance e mais segurança no sistema, já que, com essa solução, problemas pontuais não comprometiam a produção”, afirma o engenheiro da Schneider Electric, Thiago Arruda.

“Antes, caso queimasse o CLP responsável pela moenda, a usina teria que parar todo o processo”, complementa o gerente de Contas Estratégicas, Sandro Paulauskas, responsável na Schneider Electric pelo setor de açúcar e álcool.

A proposta da Schneider Electric foi instalar todas as CPUs dentro do COI, com um anel elétrico que interliga todas as CPUs que entram nos CCMs – e ficou decidido que uma CPU ficaria responsável por até três processos. Todas teriam sua CPU par, para dar redundância ao controle e disponibilidade ao processo. No campo, todo o controle estaria direto nos inversores e motores, descartando, já no projeto, o máximo possível de dumpers e válvulas e processos manuais – que normalmente geram erros, atrasam o retorno de informações importantes para avaliações, planejamentos e controle de custos.

Em maio do ano passado as empreiteiras começaram a erguer as torres e instalar os equipamentos. A Sanden, a mesma empresa responsável pelo projeto elétrico, fez o projeto de automação. E Schneider Electric, a mesma fornecedora do controle elétrico, forneceu o sistema de automação. Gilson Fuzaro explica que a preferência era ter a mesma empresa respondendo tanto pela parte elétrica quanto pela automação. “Fechamos com a Schneider Electric por conta da experiência e da proposta comercial”.

Em agosto deste ano tudo estava pronto. Os dados da instrumentação, baseada em Profibus PA, e o controle das válvulas, em Profibus DP passaram a ser integrados na rede ethernet Modbus. Todos os CCMs são controlados e monitorados pela rede ethernet e as informações enviadas, via fibra ótica, para o Coi. Foram instalados 900 instrumentos Profibus PA, além de 360 motores, controlados por soft starters, inversores de frequência e supervisionados por relés de proteção. Para operação do sistema são utilizadas seis estações de trabalho, totalizando 30 mil tags. Para a manutenção, duas estações.

Mesmo estando fora da usina, o operador pode acessar o instrumento para ver índices, alterar configurações e prever ações. “Temos ainda o diagnóstico e assim agilidade de resolver os problemas”, ressalta o gerente industrial. “A disponibilidade do sistema é maior. Se perdermos um sinal, a outra fibra óptica alimenta o sistema”, explica William Fontes, responsável pela área de automação da usina.

A arquitetura seguiu normatização ISA para automação e IEC para parte elétrica. O projeto ainda contempla uma ferramenta de gerenciamento de ativos, a interligação com o ERP Logix e o software de processo Geatec. O software de supervisão Visio Citect e o historiador Visio Historian são da própria Schneider Electric.

Ainda é cedo para falar em resultados – mas o Gilson Fuzaro ressalta que essa arquitetura permite uma economia de até 30% na demanda de energia.

Para maximizar produção de etanol e energia elétrica, ETH traz o SDCD para o controle da usina

A chegada triunfal da ETH Bioenergia não traz apenas uma promessa de inovação na maneira de produzir etanol no Brasil. No centro de operações integradas o tradicional controlador lógico programável deu lugar ao sistema digital de controle distribuído – as três novas usinas do grupo já nascem com essa arquitetura, tendo como pano de fundo a ideia de que essa tecnologia permite reduzir custos maximizando o aproveitamento da matéria-prima.

Hoje os PLCs só controlam a produção na unidade de Eldorado porque essa unidade adquirida pela ETH opera há apenas quatro safras e não demandava uma atualização tecnológica. Pouquíssimas usinas estariam dispostas a trocar sua metodologia de controle – quanto mais ao saber que, na ponta do lápis, um SDCD custa entre 20% a 30% mais do que um PLC. “É um sistema mais caro, porém tem várias facilidades, como a robustez do hardware e a imunidade a interferências, o que faz com que esse investimento seja viável”, pontua o supervisor de automação e instrumentação da ETH, Wagner Campos.

A aposta da ETH é a mentalidade que ela traz para um setor que ainda convive com cenas do século passado. A empresa já nasceu com vocação para ocupar a parte mais alta da lista dos grandes grupos sucroalcooleiros: até 2012, quando todas as etapas de investimento estiverem concluídas, a empresa terá aportado R$ 5 bilhões nas suas cinco unidades – dinheiro suficiente para colocar em operação três usinas na mesma safra, com uma capacidade para moer 28 milhões de toneladas de cana. Uma visita a qualquer uma delas dá uma idéia de como a ETH inova na produção: a área agrícola é toda mecanizada e o layout da área industrial foi desenhado para aliar alta eficiência energética com reduzido consumo de água.

O controle do processo através de um SDCD é comum em refinarias de petróleo e plantas petroquímicas – onde a quantidade de variáveis analógicas exige um número maior de malhas de controle. E foi a partir das experiências dos dois donos – tanto da Braskem, o braço petroquímico do grupo Odebrecht, quanto das plantas da japonesa Sojitz – que os técnicos da ETH desenharam o projeto de controle e automação das unidades de Conquista do Pontal, Rio Claro e Santa Luzia e o revamp da unidade de Alcídia.

“Esse conceito de produzir muito sem fazer investimentos em tecnologia está ficando para trás. Hoje os grandes grupos que estão entrando no segmento prezam muito a questão do custo de produção do produto final”, conta o supervisor de automação.

O preço pago pelo pioneirismo não teve nada a ver com a tecnologia: a dificuldade da ETH foi encontrar mão-de-obra qualificada para operar SDCDs. A saída foi treinar técnicos nas plantas da Braskem. Até mesmo Wagner Campos, um engenheiro com doze anos de experiência na usina Eldorado, passou alguns dias aprendendo como o sistema controla o processo de polimerização do propeno na petroquímica.

Nas quatro usinas, o Plano Estratégico de Automação desenhado pela Authomathika e pelos engenheiros da ETH deveria estar baseado no SDCD – o que permitiria a redução da variabilidade, um dos maiores vilões do aumento de custos de produção. A decisão recaiu sobre o Centum VP, SDCD da Yokogawa – com 30 mil tags, já preparado para as ampliações previstas pela ETH. A tecnologia empregada no Centum VP não trabalha na arquitetura cliente-servidor típica de um sistema Scada – no SDCD, as estações de operação acessam diretamente os controladores de campo.

O controle foi dividido em cinco áreas – extração, geração de energia, tratamento de águas e efluentes, tratamento e caldo e fermentação e destilaria – todas com duas CPUs redundantes, alimentadas cada uma por duas fontes – sempre que qualquer equipamento der problema, o outro assume automaticamente para evitar paradas na produção. Da mesma forma, o sistema de comunicação possui dois switches, com fibra óptica.

Além disso, todo o controle individualizado por área possui seu sistema de comunicação redundante com dois switches conectados através de fibra óptica – garantindo a disponibilidade também do caminho por onde a informação vai ser transferida. “Se uma fibra óptica quebrar, a outra não deixa que o fluxo de comunicação pare. E caso uma CPU der problema, a outra assume. Assim, não paramos uma planta por causa de um equipamento”, explica Wagner.

Entre as CPUs e os sistemas de controle de supervisão, as informações seguem via ethernet. No chão-de-fábrica, o barramento escolhido foi o Profibus DP – cada planta, individualmente, engloba 1750 pontos para motores em partida direta, 1500 pontos para inversores de frequência e 500 pontos para soft starters. Outras 1800 entradas/saídas digitais comunicam através da rede Asi. Só o controle da caldeira que deveria ter seus instrumentos controlados ponto-a-ponto, teve instrumentos em padrão 4-20 mA Hart.

Toda a mão-de-obra envolvida com a montagem do sistema passou 2008 correndo contra o tempo para entregar o trabalho dentro de 13 meses. Em paralelo às instalações, a usina precisou treinar todos os técnicos que iriam operar o sistema. “Dentro da petroquímica existe uma cultura para que os profissionais sejam treinados para operar e trabalhar com esse sistema. Em usinas de açúcar e álcool não – então uma das dificuldades que temos é encontrar esses profissionais ou treinar esses profissionais para trabalhar com esse tipo de sistema”.

Usina adota Automação Totalmente Integrada da Siemens substituindo o controle convencional de processo

O projeto da Iaco Agrícola tinha como premissa uma plataforma de automação que lhes permitisse ter um fluxo de informação otimizado e que ajudasse a usina a ser operada com precisão, minimizando os tempos de intervenção nas paradas. Graças a uma equipe bem preparada e com grande experiência em Tecnologia da Informação – e a parceria da Siemens para suprir sua necessidade de equipamentos e soluções para seu parque industrial – a solução escolhida comprova as vantagens do conceito de Automação Totalmente Integrada - TIA.

“A necessidade da Iaco era uma planta onde pudéssemos antecipar o diagnóstico e solução de um problema. Necessitávamos de uma infra-estrutura rápida e confiável e ferramentas de fácil acesso e móveis. Para atender estes requisitos a Siemens nos propôs a solução em Profinet, uma rede em ethernet rápida de um gigabit por segundo, e a utilização do Wincc juntamente com uma plataforma Web, Webnavigator como IHM nos permitindo acessar de qualquer ponto da planta o nosso sistema. Tal solução em conjunto com o desenvolvimento e criatividade da equipe de engenharia da Iaco proporcionou um projeto de sucesso verificado na baixa taxa de paradas que tivemos”, diz o supervisor de Automação e TI, Rodrigo Rosalen.

A Iaco Agrícola, localizada no município de Chapadão do Sul / MS, tem capacidade de moagem de 2,2 milhões de toneladas para a safra de 2010/2011 e equipamentos instalados para gerar 30 MW de energia. “Segurança, confiabilidade, rápido diagnóstico de problemas e soluções imediatas são as necessidades básicas de uma planta que não pode nunca parar. Todas as soluçõe adotadas, sem exceção, cumpriram seu papel. Em 3576 horas de funcionamento da indústria tivemos 10 horas de parada por problemas na automação e 25 horas por problemas elétricos. Considerando todos os problemas de partir uma nova unidade, esses números mostram a robustez do sistema de automação e eletrificação da Iaco”, comenta o gerente Industrial da usina, Roger Luis Remonatto.

Segundo o engenheiro de aplicação de soluções de automação da Siemens para o Setor Sucroalcooleiro, Christian Marcatto, objetivando aumentar o desempenho da instalação e facilitar a administração da usina, a Iaco Agrícola optou pela parceria com a Siemens, que ficou responsável pelo fornecimento de todo o sistema de automação de processo.

Para garantir maior agilidade no processo de tomada de decisão e agregar qualidade à cadeia produtiva, o gerenciamento e operação da produção industrial foram centralizados em um único Centro de Operações Integradas, que reúne as gerências de manutenção, produção e operação, possibilitando o controle de todas as etapas do processo e uma rápida intervenção sempre que necessário.

O sistema de automação fornecido foi baseado nos controladores de processo Simatic S7-400 e no sistema Scada Simatic WinCC. A usina optou por utilizar o protocolo de rede Profinet para o sistema de automação, derivado do padrão Ethernet que reúne todas as funcionalidades de TI com a garantia de disponibilidade do protocolo Profibus.

Somado ainda ao potencial de hardware, existe uma ferramenta de gerenciamento de ativos utilizado nos rápidos diagnósticos e manutenção da planta, que também permite o backup de toda a configuração dos dispositivos da rede industrial, desde os relés e instrumentos até switches industriais, inversores de frequência e controladores.

O sistema supervisório fez uso da tecnologia Terminal Services da Microsoft, permitindo o uso de uma arquitetura baseada em estações de operação do tipo Thin Clients, que permite reduzir os custos de infra-estrutura de computadores, centralização da engenharia de desenvolvimento de software e facilidade para a manutenção de informática.

O uso do WinCC com a tecnologia Thin Client permitiu o uso de computadores de mão – PDAs para controlar, abrir e baixar ordens de manutenção pelo próprio operador em campo, próximo ao equipamento, de forma interligada ao sistema de manutenção da usina.

Todas as aplicações de Tecnologia da Informação - TI e Tecnologia de Automação - TA da usina estão instaladas em um Blade System da Dell, que garante alta disponibilidade, baixa manutenção, economia de energia e economia de espaço para todo o sistema, sendo cinco lâminas – ou servidores – dedicados para WinCC e oito lâminas dedicadas para aplicações de TI – como o sistema ERP da empresa.

De acordo com engenheiro de aplicação de soluções de acionamentos para o Setor Sucroalcooleiro, Eduardo Kenji, seguindo este conceito de alta tecnologia nas soluções propostas foram utilizadas soluções inovadoras também para o setor de preparo. Nesta fase inicial do projeto havia uma restrição de energia do gerador, devido as potências do picador e desfibrador serem de 3.440 kW e de 4.100 Kw. Existindo um gerador previsto para 40 MW, nesta etapa a Usina só poderia dispor de 17 MW.

A solução inicial estudada pela usina era o motor de anéis. Mas havia uma solução diferenciada para a partida destes motores. Uma vez que a usina se mostrou preocupada com o tema performance do sistema, pôde usar o motor de arranque – chamado de Pony Motor, solução mais econômica e moderna, que permite uma partida sem problemas na rede, mas também possibilita uma partida suave, sem trancos mecânicos, que podem danificar e diminuir a vida útil do acoplamento e motor.

O motor do acionamento do picador e do desfibrador é provido de uma segunda ponta de eixo, que é acoplado ao motor auxiliar de arranque. O motor auxiliar é acionado pelo inversor de frequência que confere alto torque na partida e controle do tempo de aceleração. Como ele está acoplado ao motor principal, ele acelera todo o sistema até a velocidade nominal, quando o conjunto atinge este ponto, o motor auxiliar é desconectado eletricamente da rede e o motor principal é então conectado à rede de média tensão em 13.800 V. 

Com o sistema em velocidade bem próxima da velocidade de operação, o motor principal não exigirá uma corrente alta como em uma partida direta. Esta corrente (Ir) é promovida pelo pouco magnetismo residual existente em motores assíncronos, a amplitude e principalmente o tempo de duração não é perceptível pela rede de alimentação, evitando oscilações ou queda de tensão considerável no momento da transferência.

Além do preparo, o setor de moenda também teve soluções inovadoras: para os quatro ternos de moeda de 78” foram fornecidos quatro conjuntos de motores e inversores de frequência de 12 pulsos, com potência 1340 kW em 690 V – que geram poucos harmônicos na rede de alimentação, e tem um baixo consumo de energia, tendo ótima relação de custo beneficio.

Todos os inversores já possuem como padrão a comunicação com protocolo Profibus-DP, facilitando o comando e controle dos inversores, pois possibilita a supervisão e controle de velocidade, supervisão de corrente, torque, liga-desliga, inclusive integrado à ferramenta de gerenciamento de ativos.

Além dos sistemas de automação e acionamentos, também foram fornecidos a subestação de energia, cubículos de media tensão, transformadores a seco com duplo secundário, e painéis elétricos de distribuição.