Estudo de caso PETROM - smar.com de caso PETROM - final.pdf · intercambiabilidade entre os instrumentos de campo. Escopo do sistema de Automação: ... diagnóstico e configuração

© Assoc PROFIBUS Brasil 2004

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www.profibus.com.brCase PETROM

Estudo de Caso: PETROM

César Cassiolato – Smar

Leandro Torres – Smar

Carlos Fernando – Siemens

Marcos A. Cusma – PETROM


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PETROM

• PETROM: Petroquímica Mogi das Cruzes S.A.

• Sucessora da OXYPAR, foi fundada em janeiro de 1998.A PETROM, empregando aproximadamente 190 funcionários, e já nasceu como a maior fabricante de Anidrido Ftálico da América Latina.

• Ao final da expansão que está em andamento terá uma capacidade de produção anual de cerca de 80 mil toneladas de Anidrido Ftálico, 90 mil toneladas de Plastificantes e 3.600 toneladas de Ácido Fumárico.

• A empresa está instalada numa área de 400mil m2, na Rodovia Mogi-Bertioga, em Mogi das Cruzes, Estado de São Paulo, com uma área coberta de 17mil m2.

• Startup: segundo semestre de 2002.


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PETROM

• PETROM: Petroquímica Mogi das Cruzes S.A.

Principais Produtos• Anidrido Ftálico: É usado principalmente na produção de

plastificantes, resinas poliésteres insaturadas e resinas alquídicas. Graças ao seu baixo custo e às boas características de processabilidade que confere às resinas, é o ácido saturado mais empregado.


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Necessidades da PETROM

Objetivos principais:• Aumentar a produção de Anidrido Ftálico• Melhorar o desempenho dos reatores

Solução encontrada:• Investir em automação (um sistema de controle confiável) para

melhorar o controle dos processos e aumentar a segurança.

Definição tecnológica básica na etapa de especificação:• Automação com tecnologia baseada em rede Fieldbus.• O protocolo deveria ser aberto para obter interoperabilidade e

intercambiabilidade entre os instrumentos de campo.

Escopo do sistema de Automação:• 3 reatores de Anidrido Ftálico e uma torre de destilação a vácuo • 1200 pontos de I/O entre os pontos existentes e os pontos novos


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Necessidades da PETROM

• Parceiro escolhido para definição da tecnologia: CBTA (Campinas-SP) Tarefas:• Auxílio nos critérios de seleção do protocolo de rede• Auxílio na escolha dos fornecedores da instrumentação de campo

e do sistema de controle.


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Tecnologia PROFIBUS

• Projeto com tecnologia PROFIBUS e AS-i.• Definição do Projeto:

Ação conjunta da área técnica da PETROM – Marcos Cusma, A Integradora de Sistemas CBTA – Eng. Marco Coggi

• Todo o processo de controle de fabricação foi definido pela PETROM

• Integração, supervisão e engenharia - PETROM

• Suporte técnico dos equipamentos de campo e rede PROFIBUS-PA,Eng. César Cassiolato – Smar.

• Concepção inicial da arquitetura geral de redes (Profibus, Ethernet e AS-I)Eng. Carlos Fernando Albuquerque – Siemens

• Suporte técnico do sistema de controle, dispositivos Profibus DP e de redes Eng. Mário Herzog Bragança – Siemens


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Investimentos• O total de investimento na planta foi de aproximadamente U$ 520,000.00, contabilizando sistema de controle de processo e montagem em campo. Este valor corresponde a 15% do investimento total do projeto, aplicado na primeira fase do projeto, previsto para 6 etapas.

• Com a automação da planta em PROFIBUS houve uma economia de 40% em relação ao sistema 4 a 20 mA, devido principalmente à redução da quantidade de cabos.

•Com o Profibus houve a possibilidade do uso de painéis decentralizados, simplificação das eletrocalhas e dos eletrodutos utilizados o que facilitou a instalação, garantindo a redução de custo.

•Utilizando a instrumentação convencional com cabeamento central, haveria a necessidade de aproximadamente 15.000m de cabos, incluindo sinais analógicos e digitais.

•Com o uso do Profibus e sua decentralização, este número chega perto de 6.000m, ou seja 40% do número estimado.


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Investimentos

• Usando um sistema convencional com os pontos de I/O centralizados, as eletrocalhas seriam bastante extensas, devido ao grande número de pontos digitais e analógicos.

• Na engenharia de aplicação, não houve custos expressivos devido ao fato da Petrom ter concebido o projeto e a configuração do software de controle e telas de operação, auxiliados em sua fase inicial pela CBTA.

• Segundo a PETROM: a economia maior foi no tempo de implantação, espaço físico, treinamento e startup. Todo o treinamento foi feito durante o startup, quando os técnicos e instrumentistas acompanharam a configuração e instalação do sistema e equipamentos, estando capacitados para qualquer alteração e para as fases seguintes do projeto.


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Por que PROFIBUS ?

• A partir das necessidades de projeto e aplicação,e após o processo de avaliação de todos os protocolos de rede disponíveis no mercado, o Profibusse mostrou mais adequado, além de que é um protocolo consolidado na Europa, com uma vasta linha de instrumentos e fornecedores e um número elevado de aplicações já realizadas no mundo (protocolo robusto e confiável).

• Ter as interfaces entre os instrumentos e o controlador próximo do local de aplicação, permitiu uma redução significativa do custo de instalação de eletrocalhas, eletrodutos e fiação da instrumentação.

• A planta era pouco instrumentada com o sistema convencional (13 malhas de controle), porém a instrumentação convencional existente (53 instrumentos em 4~20mA) foi integrada à nova automação através do sistema de I/Oremoto em Profibus ET200M da Siemens.


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Arquitetura do Sistema

• Definido o projeto básico e a tecnologia a ser utilizada, passou-se para a fase de estudo das redes de campo, localização dos painéis distribuídos, especificação dos instrumentos a serem utilizados, quantificação dos instrumentos nos barramentosProfibus PA e instrumentação existente em 4~20mA, além dos pontos digitais a serem incorporados.

• Para a definição da localização dos painéis de interface, primeiramente definiu-se em planta baixa a localização dos instrumentos e a partir disto, a planta foi subdividida em áreas de abrangência da rede Profibus em seus segmentos Profibus DP, Profibus PA e AS-Interface,

• Neste trabalho a PETROM contou com o auxílio da CBTA, Siemens e Smar.


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Arquitetura do Sistema• Com a finalidade de individualizar partes da planta de Anidrido

Ftálico, subdividiu-se o controle utilizando dois controladores (AS) distintos. O primeiro controla dois reatores de Anidrido Ftálico e o outro, um reator e a torre de destilação a vácuo.

• Dois controladores do sistema de controle de processo Simatic PCS 7 da Siemens (2 AS 416-3, uma com 2Mb e a outra com 4Mb de memória) foram utilizadas como mestres das redes, com o uso de 2 módulos mestres Profibus DP CP 443-5 e 2 cartões para EthernetCP 443-1, para permitir a funcionalidade de Routing Profibus-Ethernet.

• A taxa de velocidade para o barramento Profibus DP (em meio físico elétrico RS 485) foi definida em 1,5Mbit/s, com segmentos de até200m.

• O uso de repetidores contribuiu para a expansão dos segmentos Profibus DP sem diminuição da taxa de transmissão.


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Instalação

Na PETROM (1a fase) utilizou-se cerca de 1300 m de cabo para rede Profibus PA e 800 m de cabo para rede Profibus DP.

Embora o custo unitário da instrumentação em Profibus seja mais elevado se comparada com a tecnologia 4~20mA, houve uma compensação de custos com a diminuição do tempo de comissionamento, devido ao diagnóstico e configuração dos dispositivos de rede (transmissores, posicionadores, inversores e relés de proteção e comando de motores) diretamente da estação de engenharia na sala de controle.

Isto possibilita efetuar ajustes de calibração, diagnósticos de falha de dispositivo, quebra do fio ou falha de sensor sem a necessidade de checagem no local, facilitando e diminuindo o tempo de manutenção (MTTR).


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InstalaçãoNa 1ª fase da automação nos três reatores de Anidrido Ftálico foramnecessários os seguintes equipamentos de campo:

- 130 instrumentos em Profibus PA - 68 instrumentos em AS-interface, sendo 56 válvulas On-Off, - 30 válvulas de controle com posicionadores de válvula em Profibus PA- 3 inversores de freqüência em Profibus DP - 13 acionamentos de motores com relés de proteção inteligentes em Profibus DP

No total foram implementadas 43 malhas de controle regulatório, 400 pontos E/S digitais, 385 entradas analógicas.A comunicação nos segmentos Profibus DP com os inversores e relés é feita em modo DPV1 (com troca de dados acíclica para parametrização e diagnóstico remoto).

Alguns pontos da 1ª fase encontram-se em etapa de projeto para alteração do processo, tendo sua previsão de implantação para o início de 2005. Portanto nem todos os instrumentos foram ligados ainda.


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Start-up

O Start-up se deu em fases, subdivididas de acordo com a prioridade estabelecida pela coordenação do projeto. A instalação se deu em vários passos pelo fato da planta estar operando em plena carga nos últimos anos, sendo necessário “aproveitar” paradas de manutenção para efetuar a transição da instrumentação convencional para o novo sistema de automação.

Inicialmente, os instrumentos da malha de controle da vazão de ortoxileno que alimentam o reator e seus instrumentos periféricos fizeram parte da primeira fase, seguidas pelas malhas de controle da produção de vapor, controle dos motores de 800HP que fornecem o ar atmosférico para o reator, e o sistema de condensação de Anidrido Ftálico e fluído térmico.

Nas etapas iniciais do start-up os problemas observados deveram-se aodesconhecimento da tecnologia, alguns mau-contatos nas conexões da rede Profibus DP durante a fase de montagem e as falhas iniciais nas configurações dos repetidores DP.


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Start-up

No lado Profibus PA, os problemas encontrados originaram-se também devido ao desconhecimento pela PETROM da tecnologia e nos terminadores da rede.

Foram utilizados para acionamento de ventiladores de resfriamento, motores e bombas e outros pontos digitais nos painéis remotos através das remotas de I/O ET200M com diagnósticos dos cartões. Seu monitoramento remoto contribuíram para seu rápido comissionamento.

O comissionamento da instrumentação e a facilidade de alteração das configurações e calibrações dos instrumentos foram sem dúvida um ponto forte no start-up, economizando significativamente o trabalho de campo principalmente nas válvulas de controle devido à auto-calibração das mesmas (FY303-Smar em Profibus-PA).


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Aplicação no Processo

O ar atmosférico é enviado para o reator através de compressores de 800HP e 1500HP que possuem monitoração das temperaturas dos mancais de suas turbinas e seus motores.

O Anidrido Ftálico é obtido através da mistura do ar atmosférico e o ortoxileno na forma de vapor em reator de leito fixo através de catalisadores a base de pentóxido de vanádio, com temperaturas de até 450°C.

O controle de vazão de ortoxileno vaporizado para o interior do reator é um fator crítico para o processo de produção do Anidrido Ftálico, sendo que um aumento desta vazão reflete em ganhos de produção, porém também implica em trabalhar em uma faixa de explosividade muito estreita. Sem um controle que forneça uma rápida resposta e que seja confiável, os limites não seriam possíveis de serem atingidos com segurança.


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Aplicação no Processo

• A reação é altamente exotérmica e o calor removido produz vapor d’água a 20 atm, o qual é utilizado no processo produtivo, onde o controle da temperatura dos sais de resfriamento se faz necessário. A temperatura para resfriamento do reator deve ser mantida em uma faixa do set-pointestabelecido com o desvio máximo para intertravamento em +3ºC ou –3ºC.

• Na saída do reator, o Anidrido Ftálico que está a uma temperatura de 380ºC, passa através do pós-reator para eliminar impurezas e efetuar a conversão do Anidrido Ftálico que não reagiu no reator. Sua temperatura é controlada em 340ºC e este também gera vapor d’água de 10 atm que é enviado para outros consumidores. Em seguida o Anidrido Ftálico passa por resfriadores de gás que abaixam a temperatura para 160ºC.


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Aplicação no Processo• O produto em forma gasosa é cristalizado nas câmaras de condensação (switch

condensers). Em seguida quando o condensador está saturado, o mesmo é fundido, descarregado e armazenado em tanques para posterior tratamento na torre de destilação a vácuo, onde se obtém o produto final.

• Na fase de condensação do Anidrido Ftálico, o sequenciamento correto e preciso dos “Switchs Condensers” são cruciais, sendo que uma falha pode acarretar rompimento dos discos, ruptura devido ao aumento da pressão no sistema.

• Estes posicionamentos são monitorados através de sensores de posição indutivos conectados na rede AS-i, que está sincronizada de modo transparente com a rede Profibus DP pelos DP/AS-i Links. Para o controle utiliza-se a linguagem em blocos CFC para as malhas de regulação e o SFC para os sequenciamentos, de acordo com a norma IEC 61131-3.

• Outro fator importante nesta fase de condensação refere-se ao dreno destes “Switchs Condensers”, pois devido à característica do Anidrido Ftálico, este pode provocar um entupimento da tubulação de dreno ou da válvula que se não fosse detectado pelo sistema pode acarretar danos ambientais e perda de produção.


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Arquitetura geral do Sistema

Industrial Ethernet (100 Mb/s)

Sala de Controle Estação de Operação 2

AS 416-3

Estação de Operação 1

AS 416-3Reatores 6 e 9 Reator 8 e Destilação à Vácuo

Estação de Operação e Engenharia

Rede Profibus-DP Rede Profibus-DP

Campo

Relé de Proteção

Inversor de Frequência

AS - Interface

. . .

PROFIBUS-PA

. . .

DP/PA-Link

DP/AS-I Link

ET200M

AS - Interface

. . .

PROFIBUS-PA

. . .

DP/PA-Link

DP/AS-I Link

ET200M

Relé de Proteção

Inversor de Frequência

Painéis 1, 2.1, 2.2, 5.1, 5.2, 5.3, 5.4

Painéis 3, 4.1, 4.2, 6.16.2, 6.3, 6.4, 7.1 e 7.2


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ES1

Reatores 6 e 9

Rede Profibus – DP Rede Profibus - DPV1

SimocodeDP/PA link

ET 200M

DP/AS-i LINKAS-Interface

Profibus-PA

Painéis 3, 4.1, 4.2, 6.16.2, 6.3, 6.4, 7.1 e 7.2

Sala de controle

Inversor

AS 1

ES2 ES3+ ENGENHARIA

Industrial Ethernet (100 Mb/s)

Reator 8 e Destilação a vácuoAS 2

Rede Profibus – DP Rede Profibus - DPV1

Simocode

DP/PA link


Profibus-PA

2ª Fase

ET 200M

DP/PA link


Profibus-PA

ET 200M

Painéis 1, 2.1, 2.2, 5.1, 5.2, 5.3, 5.4


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Painél de Controladores AS-1 e AS-2


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Arquitetura do SistemaPAINÉIS DE CAMPO REMOTOS PROFIBUS

(Remotas de I/O + DP/PA Links + DP/AS-i Links)


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(Remotas de I/O + DP/PA Links – Vista Interior)Redes de campo

Profibus PA –DP/PA Link e

Coupler

Redes de campo Profibus DP – I/O Remoto ET200M


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(Inversores de Frequência e Relés de Proteção de Motor – Vista Interior)

Redes de campo Profibus DP – Inversor

de Frequência

Redes de campo Profibus DP – Relés

de Proteção de Motor


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(Relés de Proteção de Motor em Painéis Novos e Existentes – Vista Interior)Painél Existente (baixa tensão)

Painél Existente (1100 A @ 380 V)

Painél Novo (CCM Baixa tensão)

Redes de campo Profibus DP – Relés de

Proteção de Motor


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Redes de campo Profibus DP - Reator 8 e Destilação a vácuo

Rede Profibus – DP2 - 76m

ET 200MDP/AS-i LINK

ET 200MDP/AS-i LINK

ET 200M ET 200M ET 200M

ET 200MET 200M

DP/AS-i LINK REPEATERREPEATER

ET 200M

AS 2

Rede Profibus – DP1 - 189m

Rede Profibus - DPV1(2) - 186m

2ª Fase Destilação a vácuo

DP/PA link

SimocodeDP/PA link

DP/PA linkDP/PA link DP/PA link

DP/PA link

SimocodeSimocodeSimocodeSimocode Simocode

SimocodeSimocode

REPEATERREPEATER

Em projeto Em projeto


Simocode


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Redes de campo Profibus DP - Reator 6 e Reator 9

DP/AS-i LINK

SimocodeDP/PA link

DP/PA link DP/PA link

DP/PA link

SimocodeSimocodeSimocodeSimocode Simocode

SimocodeSimocode

REPEATERSimocode

SimocodeSimocode

ET 200M

ET 200MET 200M ET 200M

ET 200M

Rede Profibus – DP 175m

Rede Profibus – DPV1 (2) 147 m

ET 200M

AS 1

Simocode

DP/AS-i LINK

DP/PA linkInversor Freqüência

Inversor Freqüência Simocode

ET 200MDP/AS-i LINK DP/AS-i LINK DP/AS-i LINK



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Redes de campo Profibus DP – Repetidor Profibus DP com diagnóstico


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• Devido à localização da instrumentação de campo, a topologia da rede ProfibusPA foi feita em árvore e os spurs da rede Profibus PA possuem comprimentos variados

• Foram utilizados no máximo 21 instrumentos por segmento Profibus PA

• Foram utilizados na primeira fase (elementos de rede Profibus DP):• 9 DP/PA Links IM-157 (Siemens), • 9 DP/PA Couplers (Siemens) para segmentação Profibus PA (com 1 coupler Ex),• 16 Remotas de I/O ET200M (Siemens) • 3 Repetidores Profibus DP (Siemens) • 3 Inversores de freqüência (Siemens)• 13 Relés de Proteção e Comando de motores inteligentes (Simocode Siemens)• 8 DP/AS-Links (Siemens)• 4 Repetidores AS-Interface (Siemens)

• Para a distribuição dos instrumentos na rede, foram utilizadas caixas de junção JM1 (Smar) e painéis de distribuição.


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Redes de campo AS-Interface –DP/AS Link e fonte AS-I

Redes de campo

Profibus PA – Link e Coupler


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Redes de campo Profibus PA- Reatores 6 e 9(Equipamentos Siemens, Smar e Vega)

Reatores 6 e 9Pr

ofib

us-

AS 2

Armazenagem de solução maleica e Anidrido Ftálico – (Em fase de projeto)

DP/PA link com DP/PA Coupler EexTanques de AF e solução maleica

Profibus-PABT

10m

10m14m

10m

10m

10m10m

80m

LD303

DPV

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160m


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Arquitetura do SistemaRedes de campo Profibus PA- Reatores 6 e 9 – Área:

Fluído Termico (Equipamentos Siemens e Smar)

DP/PA link 5.1Fluído térmico

Profibus-PA

Lavador de gases (Em fase de projeto)

3m

4m

0,5m

0,5m

0,5m

0,5m3,5m

0,5m0,5m0,5m 3m 3m 3m3m

BT

LD303

LD303FY303

DT303

TT303 LD303

TT303

TT303TT303

30m 10m

TT303LD3035m

TT303

15m

2,5m

Prof

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LD303

8m

20m

LD303


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Arquitetura do SistemaRedes de campo Profibus PA- Reatores 6 e 9

Área: Pós-reação (Equipamentos Siemens e Smar)

LD303DP/PA link 4. 2Pós-reação

BT

1m4m

7m7mProfibus-PA

1,5m

1,5m

1,5m

1,5m1,5m

7m 15m

8m

1m 1m

17m

1m5m

2m

1,5m

25m16mFY303

Prof

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-DPV

1

TT303

LD303 TT303

FY303


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Arquitetura do SistemaRedes de campo PA - Reator 8 e Destilação Vácuo

Área: Sala dos Compressores (Equipamentos Siemens e Smar)Reator 8 e Destilação a Vácuo

7m 0,5m

0,5m3,5m

Profibus-PA

AS 1

0,5m

3,5m

DP/PA link/coupler 1.1Sala de compressores de 1500HP

7m

BT

5m

7m3,5m

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Arquitetura do SistemaRedes de campo PA - Reator 8 e Destilação Vácuo

Área: Reação e Pós-reação 8 (Equipamentos Siemens, Smar e E+H)

Profibus-PA

0,5m

0,5m

0,5m

0,5m

5m

10m

5m

2m

6m

3m

BT

15m

2m

6m

4,5m3m

7m

2m

2m

0,5m

0,5m

3m

25m

0,5m

DP/PA link/coupler 2.2Reação e pós-reação 8

Prof

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-DPV

1

JM1 – Caixa de Junção Smar 0,5m


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Redes de campo PA - Reator 8 e Destilação VácuoÁrea: Ortoxilenno (Equipamentos Siemens, Smar e E+H)

DP/PA link/coupler 2.1Ortoxileno

Profibus-PA

2m

3m 1m10m

7m

4m

6mBT

1m

0,5m

5m

1m

12m

Prof

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-DPV

1

7m

2m 2m

0,5m 0,5m


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Redes de campo PA - Reator 8 e Destilação VácuoEquipamentos Siemens e Smar

DP/PA link/coupler 6.1

Profibus-PA

Lavador de gases e Sistema de fluído térmico - Em fase de projeto

Prof

ibus

-DPV

1

DP/PA link/coupler

DP/PA link/coupler2ª Fase – Destilação a vácuo

Profibus-PA

Profibus-PA


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Redes de campo AS-Interface: Reator 6 e 9 & Reator 8 e Destilação a vácuo

• Para facilitar a instalação, comissionamento e testes, foi incorporada a rede AS-Interface em pontos onde o controle das válvulas on-off se faziam necessários. Estes pontos estão conectados ao barramentoProfibus DP via um mestre DP/AS-i Link 20E de fabricação Siemens, oferecendo uma rápida configuração e diagnóstico de eventuais problemas nos seus slaves.

• São utilizados na AS-1 cinco mestres DP/ASI-link 20E e três similares na AS-2. Mais um será incorporado na AS-2 para uso na destilação a vácuo que está em fase de projeto.


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Redes de campo AS-Interface

Fonte AS-I DP/AS-I Link


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Redes de campo AS-Interface - Saída digital


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Arquitetura do SistemaRedes de campo AS-Interface- Monitor de válvula


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Arquitetura do SistemaRedes de campo AS-Interface - Monitor de Válvula

(Equipamento Pepperl +Fuchs)


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Arquitetura do SistemaRedes de campo AS-Interface Reator 6 e 9(Equipamentos Siemens, Pepperl+Fuchs e Sense)

Rede AS-Interface- 100m

Fonte AS-Interface

Fonte AS-InterfaceFonte AS-Interface



Rede AS-Interface- m

Entradas digitais/ AS-iPepperl+Fuchs

Monitor Válvula AS-iSense


Repetidor AS-i Siemens

TANQUES DE ORTOXILENO

TROCADORES DE CALOR

REATOR 6 E TROCADORES

Reator 9 – em fase de projeto

Repetidor AS-i Siemens

AS 2

DP/AS-i LINK 20ESiemens 4.2






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4

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Fonte AS-i

Repetidor

Saída digital/AS-iSense



Monitor Válvula AS-iWestlock

Rede AS-Interface- m –consumo de corrente2.2 A

FLUÍDO TÉRMCO

Fonte AS-i




Rede AS-Interface- m –consumo de corrente2.0 A

Monitor Válvula AS-iWestlock


Redes de campo AS-Interface Reator 6 e 9(Equipamentos Siemens, Pepperl+Fuchs, Sense e Westlock)

DP/AS-i LINK 20ESiemens

Continuaçãodo master AS1

CONDENSADORES F1-CD-452 E F1-CD-453


Entrada PNP/AS-iPepperl+Fuchs





CONDENSADORES F1-CD-454 E F1-CD-455Fonte AS-i







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Arquitetura do SistemaContinuaçãodo Master AS1

Redes de campo AS-Interface Reator 6 e 9(Equipamentos Siemens, Sense e Pepperl+Fuchs)

Fonte AS-i

Armazenagem de solução maleicae Anidrido Ftálico - Em fase de projeto

Fonte AS-i

Rede AS-i100m

Monitor Válvula AS-i

Fonte AS-i

RepetidorRede AS-i100m

Saídas digitais/ AS-iPepperl+Fuchs


Repetidor


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DP/AS-i LINK

Fonte AS-i

Rede AS-Interface

2ª Fase – Destilação a vácuo





Fonte AS-i

Fonte AS-i

Rede AS-Interface

Rede AS-Interface

Condensação de anidrido ftalico e fluído térmico - Em fase de projeto

Rede AS-Interface- 90mTROCADORES DE CALOR e ORTOXILENO


Fonte AS-i

AS 1Redes de campo AS-Interface Reator 8 e Destilação

(Equipamentos Siemens, Sense e Pepperl+Fuchs)


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Instrumentação

A rede AS-Interface possui em sua grande maioria instrumentação da Sense Eletrônica, Pepperl+Fuchs, Westlock e Siemens. Fornecimentos:

Siemens: Fontes de alimentação, repetidores, DP/AS-i Links e cabeamento.Sense: Módulos de entrada e saída digital, monitores de válvulas e derivadores de rede.Pepperl+Fuchs: Fontes de alimentação, módulos de entrada para sensores PNP e módulos de saída pneumática.Westlock: Monitores de válvulas rotativas.


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Instrumentação

• Na rede Profibus DP encontramos os controladores (AS) do sistema de controle de processo Simatic PCS 7 da Siemens como mestres Classe 1 das redes. Como elementos de rede (slaves) temos:• Remotas de I/O ET 200M (Siemens)• DP/AS-i Links (Siemens)• DP/PA Links e Couplers (Siemens)• Inversores de freqüência (Siemens)• Relés de proteção e comando de motores Simocode (Siemens)

• As terminações dos segmentos Profibus DP são feitos através dos terminadores da Turck.

• A grande maioria da instrumentação PA adquirida é Smar(Transmissores de Pressão, Nível, Temperatura, Densidade/Concentração, Posicionadores), sendo os medidores de vazão mássica e volumétrica da Endress+Hauser.


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Instrumentação

Transmissores de Pressão Profibus PA(Smar)


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Instrumentação

Transmissores de Temperatura Profibus PA(Smar)


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Instrumentação

Posicionador de Válvula Profibus PA(Smar)


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Instrumentação

Transmissores de Vazão Profibus PA (Endress+Hauser)


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Operação & Engenharia

• O controle da planta é realizado pelo sistema de controle de processo Simatic PCS 7 da Siemens, com 2 Estações de Operação e 1 Estação de Engenharia na sala de controle (Na próxima fase, 1 Estação deOperação adicional)

• A configuração e diagnóstico dos instrumentos de campo em ProfibusPA e relés de proteção de motor em Profibus DP é realizada na estação de Engenharia com o software Simatic PDM, diretamente da sala de controle (via função de roteamento Profibus-Ethernet).


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Operação & Engenharia

Equipamentos e sistemas utilizados

• SMAR

• Siemens


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Smar 303 SeriesUma Família Completa de Instrumentos de Campo


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Smar 303 Series• Profile V3.0: última revisão. • Blocos Funcionais.• Ajuste local configurável.• Software upgrade via FDI302: A gravação é feita sem a remoção da placa digital ou display.• Alguns parâmetros são gravados, em memória Flash, caso ocorra queda de energia ou desligamento do equipamento. Ex: Saída totalizada e setpoint.• Integrável em ferramentas comerciais: Siemens, ALTUS, Schneider, Atos…qualquer ferramenta PROFIBUS!!• Interoperável com outros fabricantes de equipamentos: E+H, Siemens, Krohne, Pepperl + Fuchs, Samson ...• Configurável pelo Simatic PDM – Siemens – Software Universal – EDDL.• Configurável via DTM de comunicação: FieldCare, Pactware, SmartVision.


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LD303 Transmissor de Pressão

0 ~ 125 Pa a 0 ~ 40 MPa 0 ~ 0.5 inH20 a 0 ~ 5800 psiSensor Capacitivo, sem conversão A/D 0.075% exatidão na faixa de calibraçãoPermite calibração de URL até URL/40Partes em contato com fluidos em 316 SS, Hastelloy, TantalumBlocos funcionais: totalizador para integração de fluxoe massa, e entrada analógicaAjuste Local configurávelAuto-DiagnoseTotalmente digitalProfile V3.0


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TT303 Transmissor de Temperatura

Precisão 0.02%Blocos funcionais: 2 AIs(entrada analógica)Ajuste Local configurávelAuto-DiagnoseEntrada universal, aceita termopares, RTDs, mV e OhmDois Canais de entrada

Canal único com 1 sensorCanal duplo com 2 sensoresCanal único com 2 sensores, medida diferencialCanal único com 2 sensores, 1 sensor backup

Profile V3.0


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FY303 Posicionador

Baixo consumo de arSensor de posição sem contato mecânico(HALL)Compatível com válvula rotativa ou linearBloco funcional de saída analógica(AO)Ajuste Local configurávelAuto calibraçãoCurvas de caracterização: Quick Open, Equal Percent, TableAuto Diagnose(Travel Limit, Strokes, reversals, temperature, etc..)O FY303 produz uma pressão de saída requerida para posicionar umaválvula de acordo com a entrada recebida da rede PROFIBUS PAOpção com Hall remoto para áreas de difícil acesso, com vibração e altatemperaturaSuporte para válvulas com cursos lineares maiores que 100mm e até 1m (cilindros de dumpers, por exemplo)Profile V3.0


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DT303 Transmissor de Densidade/Concentração

Fornece medição contínua “on line” de densidade e concentração para monitoração e controle com alta precisão:

± 0.1 ° Brix ou ± 0.0004 g/cm3

Medição de: g/cm³, kg/m³, Densidade Relativa, °Brix, °Baumé, °Plato, °INPM (% de álcool em peso), etc

Compensação em temperatura

0.5 a 5 g/cm3 de range

Adequado para medição de líquidos estáticos e dinâmicos e medição de interface de líquidos

Não necessita de procedimento de limpezas periódicas

Calibração simplificada no campo:

Sem referência do processoNão requer calibração em laboratórioSem interrupção do processo

Bloco funcional de entrada analógicaAuto-Diagnose, Totalmente digital, Profile V3.0


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JM1 Caixa de Junção

Permite conexão fácil e segura em fieldbus e na instrumentação convencional 4-20 mAIdeal para ligações de sensores, atuadores e equipamentos de medição, em áreas classificadas e perigosasFacilita a manutenção prevenindo curtos-circuitos no barramentoPermite a desconexão de equipamentos sem a interrupção da continuidade do barramentoReduz os custos de cablagemReduz o tempo de start-up e simplifica a manutenção. Reduz o tempo de paradasA carcaça à prova de tempo previne que água, óleo ou sujeiras cheguem até as conexões elétricasMecanismo de trava da tampaNão requer suporte específico


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SIMATIC

Sistemas de Execução deManufatura (MES)

Comunicação Industrial

Controle

Softwares de Engenharia Industrial

Redes de Atuadores eSensores

Sistemas de Automação com PLCs

I/O Distribuído

Sistemas de Controle de Processo

Sistemas Motion Control

Interfaces Homem-Máquina

Drives

Automaçãobaseada em PC

Sistemas de Planejamento e Gestão (ERP)

Ethernet

Ethernet

Totally Integrated Automation (TIA)


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SIMATIC PCS 7

OS Client OS Client

Fast Ethernet 100MHz

OS Server

Fast Ethernet 100MHz

AS AS ASAS

Sistema de Controle de Processo orientado à objeto para plantas com processos contínuos e de bateladaControle e Visualizaçãoem uma única base de dadosIntegração total entredispositivos de campo, controladores e estações de operaçãovia redes

Office NetworkWeb Server

Engineering Station

...

Área nÁrea 1


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SIMATIC PCS 7 – AS e I/O

Controladores (inclusive Redundantes, para Aumento daDisponibilidade da Planta)

Opções de Montagem da AS:Rack comumRack separado ou bi-partido

Power supply Interface module for Profibus DPIM153-2

I/O module Expandablebackplane

Aluminium rail

Remotas de I/O distribuído ET 200 MNa sala de controle ou no campo

Linha completa de módulos de I/OMódulos com diagnósticoMódulos com HART

Troca à quente


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Sistema de I/O DistribuídoET 200 M

Alta diversidade de módulos de I/O digital (entradas em 24 Vdc, 110/220 Vac, saídasem 24 Vdc, 110/220 Vac, saídas a relé)Alta diversidade de módulos de I/O analógico (entradas em 0-10 Vdc, 4-20 mA, RTD, termopares, HART e saídas em 0-10 Vdc e 4-20 mA)Funcionamento como Profibus-DP Slave a 12 Mbit/sFunções de diagnóstico incorporadas nosmódulos de I/OPossibilidade de ser configurado paratroca à quente e para redundância de redeProfibus-DP


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DP / PA Link & Coupler

Interliga os segmentos em Profibus-DP (até 12MBit/s com os segmentos em Profibus-PA (31,25 Kbit/s)Capaz de conectar até 64 instrumentos por DP/PA LinkCapaz de gerar até 5 segmentos Profibus-PA via DP/PA CouplersCapaz de suportar um consumo de 110 mA (área Ex ib) ou 400 mA (área não Ex) por DP/PA Coupler (1 Coupler para cada segmento de rede Profibus PA)Fornece energia e comunicação para osinstrumentos Profibus-PAPode ser configurado para trabalho em redesProfibus redundantes


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DP / AS-i Link

Comporta-se como um Profibus-DP slave (até12 MBit/s) e como um mestre da rede AS-iControla até 62 módulos escravos AS-iDiagnóstico frontal dos nós da rede AS-i ematividadeFornece energia e comunicação para osdispositivos de I/O da rede AS-i


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Diagnostic Repeater

Repetidor de rede Profibus DP com diagnóstico

• As seguintes falhas são detectadasInterrupção das linhas do barramento (A, B)

Curto circuito das linhas do barramento A,B com a malha (shield) do cabo Profibus

Ausência de resistores de terminaçãoGeração de mensagens de falha com:

Nome do Segmento PROFIBUSLocalização da Falha (ex.: entre nós X e Y)Informação da distância entre as estaçõesEspecificação do tipo da falha (ex.: quebra de fio)


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Ferramentas gráficas de engenharia de controle de processo

SIMATIC PCS 7 ES

CFC - Configuração gráfica das funções de controleregulatório contínuo como motores, válvulas, e malhas PID

Bibliotecas de função e típicos de controle padronizados

Configuração Gráfica “Drag and Drop”

SFC – Configuração gráfica de controle de sequências de operação / produção

Elementos padronizados (passo, transição, etc),Fácil manuseio na configuração

Conexão fácil com o controle contínuo em CFCdrag & drop, “fill in the blanks”

Geração automática da visualização para o operadorSem engenharia adicional


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SIMATIC PCS 7 – Dispositivos

Os dispositivos de campo (transmissores, posicionadores de válvulas, inversores, remotas de I/O e relés de proteção) sãotratados como objetos de processo para controle e visualização

PROCESS FIELD BUS

ESOSOS

CFCCFCBlocos de dispositivo paracontrole e visualização

Engenharia e configuraçãoGráfica

Integração total de todos osdispositivos na rede PROFIBUS

Diagnóstico contínuo de todos os dispositivos de campo


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SIMATIC PCS 7 ES

Ferramenta para configuração da AS, sistema de I/O remoto e das RedesConfiguração GráficaConfiguração das redes Profibus, AS-I e EthernetConfiguração de HardwareDiagnóstico de falhas de redeDiagnóstico de falha dos módulos de I/O (curto-circuto, fio partido, etc)Ajuste via software dos módulos de I/O


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SIMATIC PDM

Gerenciador de instrumentosProfibus e HARTParametrização remota dos instrumentos

• Documentação dos ajustes de instrumentos (GMP, FDA, ISO 9000)

• Diagnose de instrumentos durante a ocorrência de falhas / Diagnose preventiva

• Calibração e outras funções de configuração de instrumentaçãoLocalização dos instrumentos na rede Profibus-PA (Life List)


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SIMOCODE-DP

Proteção e Comando total de Motores em Profibus DPMedição de corrente (TC) built-in nas 3 fases6 faixas de corrente de 0,25 até 820AAté 100A sem pontos de conexão4 DI optoacopladas e 4 DO à relé expansíveis até 12 DI e 8 DOTensão principal até 1000VCA, auxiliar 24VCC, 115, 230VCAFunções de Controle:

Partidas: direta, reversora, estrela-triânguloSoft starterMotor Dahlander e 2 velocidades (alt. pólos)Funções de lógica local integradas

Funções de Proteção:Sobrecarga (classes 5, 10, 15, 20, 30)Falta de fase e assimetria de correnteTérmica via termistorRotor bloqueado e Fuga à terraSub- e sobrecorrente ajustáveis


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SIMATIC PCS 7 & Simocode

Controle e Diagnóstico Contínuo

Driver Block PCS 7 para o SimocodeConfiguração Gráfica da PartidaParametrização, Serviços e Diagnóstico via Profibus-DP e Ethernet (Routing)Única base de dados de Automação e Acionamentos de velocidade fixaOtimização da ManutençãoRedução do tempo do Comissionamento e Start-up

Visualização e Operação


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SIMATIC PCS 7 & Simocode

Diagnóstico contínuo dos CCMs via Profibus DP

Limites de corrente

Seletora de comando Local ou

RemotoValores de

Corrente e do Termistor

No de partidasNo de falhasHoras de operação

Lista de alarmes e disparos Gráfico de

corrente no tempo


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MicromasterAcionamentos CA para aplicações industriais

Ampla gama de aplicações na Indústria: ventiladores, bombas, esteiras transportadoras, máquinas têxteis, de embalagem, de papel, pontes rolantes, etc.

Quatro linhas de produtos:

MM410, MM420, MM430 (para cargas de torque quadrático) e MM440 (controle vetorial para cargas de torque constante)

Módulo de comunicação Profibus: comando diagnóstico e parametrização via rede

Regulação FCC (Controle Vetorial da Corrente de Fluxo) e Vetorial de Alta Performance

Controle Vetorial com ou sem encoder

Alta resposta em torque e precisão no controle de velocidade e torque

Alta capacidade de sobrecarga: 200% In por 3 seg, 150% In por 60 seg, a cada 5 min.

Integrante do Conceito TIA (Totally Integrated Automation)

Potência: 0.12 – 250 kWTensão: 110/220/380/440/480 V e

575/600 V


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SIMATIC PCS 7 & Micromaster

Drive ES PCS 7 (baseado no PROFIdrive)Configuração Gráfica do AcionamentoParametrização, Serviços e Diagnóstico via Profibus-DP e Ethernet (Routing)Única base de dados de Automação e Acionamentos de velocidade variávelOtimização da ManutençãoRedução do tempo do Comissionamento e Start-up

Visualização e OperaçãoControle e Diagnóstico Contínuo


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SIMATIC PCS 7 & Profibus PA

Diagnóstico contínuo da Instrumentação de Campo

Variável medida

Formato IEEE Ponto Flutuante

(4 Bytes)

Status Byte

00 . . . . . .= ruim01 . . . . . .= incerto10 . . . . . .= bom

. . . . = Sub status

. . . . . . 00 = Limites o.k.

. . . . . . 01 = Limite baixo

. . . . . . 10 = Limite alto

Instrumentode campo

Variáveis e Parâmetros do Instrumento Comunicação

cíclica Byte (palavra) de Status

O PROFIBUS PA disponibiliza alta resolução nas medições de processo

Todas as medições são acompanhadas de um byte de status.

A avaliação do byte de status permite a validação da variável medida e o diagnósticocontínuo (online) do instrumento de campo.


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SIMATIC PCS 7 & Profibus PA

Driver Blocks PCS 7Leitura do PV do instrumento emunidades de engenhariaDecodificaçãoAutomática do byte de status do Profibus PA como informação de qualidade da mediçãoPropagação do modode operação/falha do instrumento naestratégia de controleGeração automática de alarmes

Bloco de Diagnóstico

V = Variável medida no formato de ponto flutuante do IEEE (4 Bytes)

STATUS = Status da variável / medição (1 Byte)

Bloco tecnológico

Driver block deEntrada (PA_AI)


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SIMATIC PCS 7 OS

Visualização do Processo e Faceplates


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SIMATIC PCS 7 OS

Visualização online das sequências em SFC


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Visão do Usuário“ É prático com fácil acesso ao instrumento via Simatic PDM, e com o poder de diagnósticoon-line torna o comissionamento e calibração muito mais rápido e seguro.”

Williams Alexis – Instrumentista

“A facilidade com que é feita a instalação dos instrumentos utilizando a rede Profibus e AS-Interface, sem dúvida evita erros nas ligações dos instrumentos e torna a configuração do sistema de controle fácil e segura. “

Donisete A. da Cunha – Instrumentista

“O desafio de implantação da nova tecnologia em plantas em pleno funcionamento, foi recompensado pelo fato de que hoje novas implementações tornaram-se tarefas simples. Além disso, o treinamento do pessoal envolvido se tornou mais fácil, pois é possível assimilar facilmente a concepção do Profibus. A Petrom ao assumir a engenharia do projeto desde seu início, nos deu a capacidade de conhecer os detalhes de instalação, configuração e modificar a estrutura concebida para melhorar a performance dos processos sempre que necessário. A Petrom tem a Smar e a Siemens como parceiros tecnológicos na área de instrumentação e controle devido ao fato da qualidade apresentada pelos equipamentos adquiridos durante longo tempo. Esta parceria somente nos tem trazido benefícios pois o suporte técnico oferecido durante a fase de especificação nas aplicações e no pós-venda tem sido de grande valia para mantermos uma alta disponibilidade operacional das plantas.

Marcos A. Cusma – Técnico Instrumentista


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Visão do Usuário

“Estamos plenamente favoráveis ao uso de protocolos digitais de comunicação, mais especificamente no nosso caso, o Profibus e AS-i. Além da vantagem de uma montagem física mais simplificada, temos todo um conjunto de informações adicionais que em sistemas sem esta tecnologia não seriam possíveis obtê-las. Isto agiliza os serviços de manutenção e aumenta a confiabilidade da planta.”

Paulo Roberto de Jesus – Engº de Processos

“Com o sistema, as decisões operacionais a serem tomadas em caso de emergências foram agilizadas e em muitos casos automáticas, diminuindo os riscos operacionais.”

José Célio da Silva – Operador de processo A

“A eliminação de muitos trabalhos que eram realizados manualmente, hoje são tarefas automatizadas, com a vantagem do acesso rápido as variáveis de processo, maior rapidez e segurança nas partidas das plantas.”

Dirceu Benedito de Siqueira – Operador de processo C


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Contatos

[email protected][email protected](016)3946-3599

[email protected](011) 3833-4430

Marcos A. [email protected]

www.petrom.com.br

Documents

Estudo de caso PETROM - smar.com de caso PETROM - final.pdf · intercambiabilidade entre os instrumentos de campo. Escopo do sistema de Automação: ... diagnóstico e configuração