Automação baseada em componentes para indústria de alimentos e bebidas

Diogo Domiciano da Costa, Siemens I IA AS - São Paulo.

Component Based Automation (CBA)

As empresas dos segmentos de Alimentos e Bebidas buscam cada vez mais, na sua linha de produção, integrar todas as partes do seu sistema de automação. No entanto, muitas vezes partes da linha de produção, não são de um mesmo fornecedor. A pergunta que os engenheiros de produção normalmente fazem, é do tipo: Como incorporar ao mesmo sistema máquinas de fornecedores diferentes? Ou, para um mesmo fornecedor de maquinas e CLPs, como reduzir horas de engenharia de software e comissionamento? Por exemplo, em uma linha de refrigerantes, onde cada fase é comandada por máquinas dos estágios, tratamento de água, preparo dos xaropes, envase e empacotamento, etc. Como integra-las de uma forma simples e eficiente?

A Siemens responde a esses questionamentos trazendo mais uma ferramenta para o mercado de Automação, particularmente bem adaptada para o segmento de Alimentos e Bebidas, com a Automação Baseada em Componentes (Component Based Automation - CBA).

O CBA é baseado no protocolo de comunicação PROFINET, que é um padrão aberto baseado em Ethernet Industrial desenvolvido pela Associação PROFIBUS International. O PROFINET é uma tendência no mercado de automação, vem crescendo a cada dia nas instalações industriais. Permite a troca de dados em altas velocidades do controlador com as unidades remotas ou controladores de outras áreas e também permite a troca de dados entre CPUs de diferentes fabricantes distribuída na planta.

O PROFINET possui as seguintes características:

• Habilitar a automação distribuída na planta;
• Padronização da comunicação via um único barramento de campo com Ethernet Industrial;
• Uso de padrões abertos de TI.

A idéia básica do CBA consiste em um sistema de automação baseada em componentes que são gerados e armazenados em bibliotecas para serem reutilizáveis quando for necessário, sem precisar refazê-lo. Pode ser dividido em subsistemas com funcionamento de forma autônoma a cada parte da planta, integrando assim, todos os estágios desde o final da linha ao seu início, por exemplo. Esses componentes são denominados componentes PROFINET CBA. Dentro de um componente são definidas as entradas e as saídas dos sinais correspondentes, para assim, trocarem informações com os outros controladores e unidades remotas. A engenharia que está associada a essa ferramenta é neutra, ou seja, independe do fabricante. A comunicação de um sistema baseado em componentes só é configurada graficamente, em vez de ser programada por software por linguagem de programação.

A Automação Baseada em Componente é um conceito para aplicações modulares, ou seja, baseada em aplicações distribuídas na planta. Integra e sincroniza todas às máquinas que forem necessárias de uma ou mais linhas, sem a necessidade de sensores adicionais para conseguir essa integração. Por exemplo, em uma planta de bebidas pode se encontrar os seguintes estágios: entrada das garrafas, limpeza das garrafas, enchedora, rotuladora, pasteurização, empacotadora, paletização e estocagem, etc. Para integrar todas as áreas via CBA, é necessário a cada estágio gerar um componente PROFINET CBA.

O que são componentes PROFINET CBA

São todos os sinais dos dispositivos mecânicos, elétricos e eletrônicos que executam uma função específica dentro do sistema de automação ou processo de produção, combinados com o programa de controle. Associados, formam um submódulo independente e autônomo. Por exemplo, em uma linha de envase, o bloco da enchedora terá sinais de entrada alimentados principalmente pelos sinais de saída do bloco correspondente ao CIP (processo anterior), e com a rotuladora (processo posterior) como observado na ilustração 1.

Ilustração 1 – Arquitetura em módulos operacionais de uma linha de envase.

Os componentes PROFINET CBA devem ser criados para todos os módulos de cada etapa da planta. O próximo passo é definir quais os sinais serão trocados entre as unidades e selecioná-los graficamente no software para que sejam criadas as interfaces (in / out) dos componentes. É imprescindível organizar os sinais de entradas e saídas dos componentes, para que se estabeleça a conexão sem erros entre as unidades, e também um mapeamento claro de cada etapa da linha. Após essa coleta de informações podemos estruturar a planta com os seus respectivos componentes PROFINET CBA, como observado na ilustração 1.
Neste exemplo a planta foi dividida nos seguintes módulos:

• CIP;
• Enchedora;
• Rotuladora;
• Pasteurizadora;

Para a integração ao protocolo PROFINET com os sistemas de automação no protocolo PROFIBUS-DP utiliza-se o conceito de proxy, conforme observado na ilustração 2.

Ilustração 2 – A figura do Proxy na conversão de protocolos.

Os módulos de I/Os das máquinas e das unidades podem ser reutilizados mesmo que estejam em uma rede PROFIBUS. Além disso, as instalações existentes podem ser expandidas mantendo os mesmos protocolos com rapidez e integradas via software.

Software para gerar os componentes PROFINET CBA

Para gerar os componentes CBA é necessário uma ferramenta de software, a Siemens traz como solução a ferramenta SIMATIC iMap. Sendo uma plataforma de engenharia para configurar os componentes PROFINET CBA totalmente por interface gráfica, e desvinculada do software de programação dos CLPs.

O SIMATIC iMap traz as aplicações integradas e distribuídas graficamente, apresenta toda a arquitetura das áreas interligadas com os seus respectivos componentes PROFINET CBA, o diagrama de interligações entre os sub-módulos, a visualização da biblioteca com os seus blocos padronizados e pronta para serem utilizados a qualquer momento, tudo isso em dispostos em subjanelas visualizadas na mesma tela do programa, para que o programador tenha a visão geral da planta e suas subunidades.

Todos os componentes PROFINET CBA são gerados em um formato padronizado pelo software, sob a forma de elementos com as suas respectivas entradas e saídas. Podem ser alocados e salvos em bibliotecas, para que em outros casos, possam ser utilizados em outras aplicações ou projetos, sem necessitar de refazê-las, reduzindo as horas de engenharia de software.

Ilustração 3 – Tela do Software SIMATIC iMap para gerar os componentes PROFINET CBA.

Na ilustração 3 observa-se o layout do Software com as interligações dos componentes PROFINET CBA ao centro. E logo acima todas as áreas interligadas da planta e no canto esquerdo visualiza-se o banco das bibliotecas dos componentes que pode ser salvos em pastas e organizadas em subpastas.
Com a implementação do PROFINET CBA nas plantas de Alimentos e Bebidas os clientes podem obter as seguintes vantagens:

• Fácil modularização das plantas e linhas de produção através de inteligência distribuída;
• Integração e sincronização das máquinas ao longo da linha de produção;
• Configuração gráfica de links de comunicação;
• Redução dos custos e menos tempo de engenharia de software;
• Pode integrar CLPs de fornecedores diferentes;
• O cliente final tem controle total da base instalada.