A utilização de instrumentos inteligentes na automação de processos é um fator que agrega valor a planta permitindo aumentar a disponibilidade da mesma e possibilitando a utilização mais eficaz de recursos, aumentando por consequência o retorno das companhias com a diminuição do desperdício. Mas afinal o que é um instrumento inteligente?
Instrumentos inteligentes permitem acesso e configuração de outros dados além dos dados usados na malha de controle da planta. Por exemplo, um transmissor de pressão inteligente mede sua temperatura interna e externa, e permite diagnosticar problemas de funcionamento do mesmo quando percebesse alguma anomalia nesta informação monitorada ao longo do tempo. Nos instrumentos inteligentes também é possível acessar informações de configuração sem remover o instrumento do campo. Informações como unidade de medida, limites de máximo e mínimo da medição e configuração de alarmes ficam armazenados internamente ao instrumento e pode ser acessadas e até mesmo alteradas remotamente.
A instrumentação é parte do ativo de uma planta. As operações de configuração, partida e monitoração da saúde da planta são de extrema importância para garantir a disponibilidade da mesma. Gerenciar estes ativos é um assunto cada vez mais em foco dentro de novas instalações e também na modernização de instalações antigas. Para este fim é aplicado conhecimento na avaliação/análise dos dados capturados dos instrumentos inteligentes. Alguns protocolos foram desenvolvidos nos últimos anos visando permitir o acesso a estas informações como o protocolo HART nos anos 80 e as diferentes versões do PROFIBUS DP.
Dados da ARC estimam que foram instalados desde 1989 aproximadamente 32 milhões de instrumentos com o protocolo HART disponível em todo o mundo até o final de 2010. Este número representa 46% de toda a instrumentação inteligente instalada nas plantas do mundo inteiro. Isto caracteriza o HART como o protocolo mais popular existente para utilização de instrumentação inteligente. Esta popularidade se deve especialmente ao fato dele utilizar como meio físico os laços de corrente 4 a 20 mA presentes em muitas instalações antes mesmo do seu advento. Atualmente a maior parte dos instrumentos 4 a 20 mA possuem o protocolo HART incorporado e a maioria dos fabricantes não disponibiliza opções de instrumentos sem este protocolo.
Apesar dos instrumentos HART estarem presentes em inúmeras plantas em todo o mundo, estimasse que apenas 10% destes estejam conectados através de acesso remoto. Sendo assim os instrumentos são acessados com o uso de equipamentos locais chamados hand helds apenas para configurá-los e permitir que os mesmos operem corretamente. Após a posta em marcha das plantas estas informações extras deixam de ser acessadas por falta de um sistema que permita acesso remoto a estas informações.
Tradicionalmente a solução que se propunha para acesso a estas informações era o uso de multiplexadores que ligam paralelamente o sistema de controle e a estação de Gerenciamento de Ativos como pode ser observado na Figura 1.
Figura 1 – Ligação típica utilizando multiplexadores.
Este tipo de solução tem um custo alto, pois incorpora diversos multiplexadores a instalação elétrica o que também acarreta no aumento da complexidade do próprio projeto elétrico. Além disso, os multiplexadores de mercado utilizam em sua maioria padrão de comunicação serial EIA 485, o que acarreta a necessidade de uma rede dedicada para este fim não podendo utilizar a infraestrutura de rede Ethernet disponível na planta, em resumo deve-se disponibilizar uma rede dedicada desde o campo até a sala de controle para se possuir o acesso remoto aos instrumentos HART através de multiplexadores, tornando assim, na maioria dos casos, inviável a utilização dos benefícios disponibilizados pela utilização de HART nestes instrumentos.
Na solução adotada pela Altus para o Gerenciamento de Ativos os instrumentos com suporte ao protocolo HART estão conectados nas remotas PROFIBUS assim como na solução tradicional. Contudo, nesta solução não existe a necessidade de adicionar hardware extra para acesso aos dados do instrumento inteligente. A própria remota PROFIBUS é capaz de receber os dados HART encapsulados dentro das mensagens PROFIBUS e encaminhar os mesmos aos instrumentos. Estas remotas utilizam Cabeças de Rede PO5064 ou PO5065 e módulos com suporte a HART PO1114 e PO2134. Esta mesma topologia também permite que o controle continue sendo executado através de um par de controladores operando com redundância de half-cluster.
Figura 2 – Solução Altus para Gestão de Ativos.
Nestes casos a informação dos ativos é acessada através de Scanners DPV1, AL-2434, também conectados a rede PROFIBUS, este é o único hardware a ser adicionado a uma rede PROFIBUS. Desta forma precisa-se de um único equipamento deste tipo por rede PROFIBUS ou um par deles no caso de redundância de rede. A utilização do HART onPROFIBUS não interfere no determinismo da rede.
Esta solução permite que seja utilizado qualquer software de configuração e/ou gerenciamento de ativo, independente da tecnologia empregada. Isso inclui ferramentas de mercado como o AMS da Emerson e o PRM da Yokogawa.
Nesta arquitetura proposta, não é necessário nenhuma instalação adicional em campo ou um projeto elétrico diferenciado para utilização dos benefícios do protocolo HART. A única rede e instalação necessárias é a rede PROFIBUS, amplamente conhecida e utilizada nas indústrias de processos, com ou sem link ótico.
A seguir a lista dos equipamentos desenvolvidos pela Altus que são necessários na infraestrutura de Gerenciamento de Ativos:
Para remotas PROFIBUS já instaladas e sem HART é possível fazer a atualização do hardware utilizado de forma que os pontos conectados a instrumentos HART possam ser conectados a estações de gerenciamento de ativos. O hardware utilizado para acesso a pontos discretos não precisam de modificação. Abaixo seguem as mudanças necessárias no caso de remotas simples e redundantes:
Este documento apresentou a arquitetura para acesso das Estações de Gerenciamento de Ativos a informações de instrumentos HART conectados a remotas PROFIBUS. Esta arquitetura tem como ponto forte a não necessidade de adicionar hardware adicional por ponto analógico. Os dados são acessados pelo Scanner DPV1 AL-2434, sendo necessário apenas um equipamento destes por rede PROFIBUS.
Foi apresentado como atualizar uma arquitetura que já utiliza remotas PROFIBUS da Série Ponto da Altus, permitindo que instalações atuais possam acessar os dados dos instrumentos HART conectados a estas remotas. Para as novas arquiteturas podem ser projetadas visando acesso remoto a estas informações, mesmo que num primeiro momento estas não sejam utilizadas.
A arquitetura também se caracteriza por ser uma solução que pode operar utilizando quaisquer ferramentas de configuração e/ou gerenciamento de ativos desde que operem utilizando os padrões de mercado para integração de redes de campo. Além disso, a arquitetura de rede é uma arquitetura aberta o que permite a sua interoperabilidade com mestre e escravos de outros fabricantes assim como coexistência de remotas com e sem suporte a DPV1 e/ou HART.
Como grande ponto forte da arquitetura proposta e utilizada pela Altus é a simplicidade de instalação e manutenção da rede, sem necessidade de novos cabos, novas instalações elétricas, novos diagramas de fiação, novos eletrodutos, etc. A utilização do HART on PROFIBUS, que é a proposição da Altus, se baseia na utilização de uma única rede e cabo para redes simples ou então duas redes e dois cabos para redes redundantes e através destas redes trafegar e controlar todos I/Os de processo e informações dos instrumentos inteligente através do protocolo HART. Isso beneficia novos projetos pela facilidade no projeto e instalação assim como em projetos antigos que já possuam instrumentos HART e queiram começar a utilizar as informações disponibilizadas por estes ou até mesmo projetos sem instrumentos HART que desejam incluir os mesmos nas plantas, bastando assim a troca de alguns módulos de I/O e cabeça PROFIBUS, inclusão do Scanner DPV1 e aquisição do software de Configuração e/ou Gerenciamento de Ativos, sem alteração no controle da planta.