Pirâmide de automação é uma representação visual que mostra, de maneira hierárquica, as camadas de trabalho e controle que existem em ambientes industriais.
Criada na década de 80, seus níveis incluem desde o chão de fábrica até os setores corporativos, e mostram a integração entre tecnologias, técnicas e instrumentos.
Há algumas variações mas, no geral, a pirâmide é constituída pelas cinco denominações:
Aquisição de dados e dispositivos de campo;
Controle dos processos produtivos;
Supervisão e monitoramento;
Planejamento e gestão da planta industrial; e
Administração do ciclo produtivo.
A pirâmide organiza informações específicas de cada nível, ajudando a compreender, em forma de ilustração, o que compõe a produção e como ela é controlada e planejada.
Como funciona a pirâmide da automação industrial?
Ao observar a pirâmide, notamos primeiramente que a sua base abrange o maior volume de informações, o que é facilmente compreensível, já que aí está o chão de fábrica, com os equipamentos e processos da produção em si.
Conforme “subimos” da base para o topo da pirâmide, os dados industriais vão se afunilando, configurando informações com mais qualidade e objetividade, avançando-se o nível de prioridade e tecnologia empregada.
Então, aparecem os sistemas e dispositivos de controle, além dos softwares de monitoramento e armazenamento de dados.
A estrutura da pirâmide de automação pode variar. Em uma breve pesquisa na internet, é possível encontrar pirâmides com quatro, cinco e até seis níveis.
Outras incluem o nível 0 – que seria uma camada separada exclusivamente para sensores e atuadores, destacando o seu trabalho de coleta de dados e execução de comandos.
Há ainda as versões que consideram o nível “externo”, que inclui as entidades externas com as quais a empresa se conecta para enviar, receber, ou analisar informações. Aqui se inclui o relacionamento com fornecedores e clientes.
Muitas vozes do setor de automação afirmam que cada organização possui sua própria pirâmide. Outras sugerem o achatamento da pirâmide existente para seguir os princípios da Indústria 4.0 de interconectividade e flexibilidade.
Camada 1 – A Camada de Produção
Começando de baixo para cima, a partir da base da pirâmide, temos a área de produção. Essa camada 1, ou campo, é composta por uma ampla variedade de dispositivos e tecnologias de sensores para coleta de dados de produção e execução de comandos, como:
Instrumentos de medição como medidores de vazão, chaves de nível, chaves de proximidade, etc. Em suma, qualquer coisa que forneça entrada medindo variáveis no chão de fábrica.
Atuadores como válvulas, bombas e outros instrumentos que mantêm variáveis como vazão, calor e pressão dentro dos parâmetros permitidos.
Protocolos de comunicação, que permitem que a camada se comunique com a camada acima, que é a de Controle.
Camada 2 – A Camada de Controle ou PCL
O nível de controle usa dispositivos para controlar e executar os dispositivos da camada 1, que realmente fazem o trabalho físico.
Os dispositivos da camada 2 recebem informações de todos os sensores, interruptores e outros dispositivos de entrada para tomar decisões sobre quais saídas ativar para concluir a tarefa programada. Confira abaixo os recursos presentes nessa camada:
CLPs (Controlador Lógico Programável)
SDCDs (Sistema Digital de Controle Distribuído)
Relés
Camada 3 – Os Sistemas de Controle Supervisório e Aquisição de Dados (SCADA)
Este nível é semelhante ao de controle, exceto pelo uso de sistemas específicos para controle como os softwares do tipo SCADA (Sistemas de Controle Supervisório e Aquisição de Dados), capazes de coletar dados, supervisionar e controlar um determinado processo em tempo real, monitorando vários sistemas a partir de um único local.
Além deles, as interfaces homem-máquina (IHM) também são agrupadas nesta camada.
Camada 4 – A camada de planejamento
O quarto nível da pirâmide de automação é chamado de nível de planejamento. Este nível utiliza um sistema de gerenciamento de computador conhecido como MES ou sistema de execução de fabricação.
O MES monitora todo o processo de fabricação em uma planta ou fábrica, das matérias-primas ao produto acabado, permitindo que o gerente de produção veja exatamente o que está acontecendo e tome decisões com base nessas informações.
Assim, há autonomia (e dados sólidos) para ajustar pedidos de matéria-prima, por exemplo, ou outras ações de otimização.
Camada 5 – A camada de gerenciamento
Chegamos ao topo da pirâmide, que é chamado de nível gerencial. Este nível utiliza o sistema de gestão integrada das empresas (o famoso ERP), para agrupar todos os dados coletados nas camadas anteriores.
O ERP geralmente é um conjunto de diferentes aplicativos que podem ver tudo o que está acontecendo dentro de uma empresa. Ele utiliza toda a tecnologia já empregada nos outros níveis e mais alguns softwares para realizar a integração.
Com o ERP, a empresa monitora todos os níveis do negócio, desde manufatura, vendas, compras, finanças e RH, além de muitos outros. A integração do ERP mantém todos na mesma página.
A transformação tecnológica da indústria está exigindo a adoção de soluções de automação industrial com recursos que permitam a troca de dados e comandos entre diferentes dispositivos e máquinas. Assim, é possível colher benefícios como:
Qualidade melhorada
Maior eficiência e rendimento
Custos mais baixos
Velocidade de lançamento no mercado aprimorada
Melhor segurança
ANSI/ISA-95 – Integração do sistema corporativo com controle
Você já ouviu falar sobre a ISA? Dando uma breve explicação sobre esta organização, ISA quer dizer “Sociedade Internacional da Automação”. A ISA possui diversas normas e materiais técnicos sobre o mundo da Automação.
A ANSI/ISA-95 é uma norma técnica que visa criar modelos abstratos e terminologias padrões para fazer a conexão e troca de informação entre sistemas empresariais e sistemas de operação da planta.
Para isso, foi criado um comitê em 1995 (após a copa do mundo) chamado de “SP95” com diversos especialistas.
O comitê trabalhou para criar padrões na troca de informações de forma transparente e eficiente entre ERP e MES.
Essa norma é responsável por definir uma melhor interface entre funções de controle e funções corporativas. O ISA-95 utiliza como base o Purdue Reference Model, focando na troca de informação entre os níveis 3 e 4.
A norma ISA-95 é composta por 6 partes, citadas abaixo:
Parte 01 da ISA-95 – Modelos e terminologias
Parte 02 da ISA-95 – Atributos do modelo de objeto
Parte 03 da ISA-95 – Modelos de atividade de gerenciamento da operações de fabricação
Parte 04 da ISA-95 – Modelos e atributos do objeto MOM
Parte 05 da ISA-95 – Transações de negócios para fabricação
Parte 06 da ISA-95 – Modelo de serviço de mensagens
A ISA-95 é um norma de grande relevância pois pode ser aplicada em diferentes tipos de industria. A norma cria uma base consistente para troca de informação entre fornecedores e fabricantes.
A indústria 4.0 e a nova pirâmide de automação
Esse modelo foi desenvolvido para representar as diferentes camadas de automação e controle presentes na produção industrial. No entanto, com o avanço da tecnologia, a indústria tem passado por uma grande transformação, a indústria 4.0.
Essa transformação tem impactado fortemente o conceito da pirâmide da automação industrial. Com a adoção de tecnologias como IoT e IA, a produção industrial tem se tornado mais automatizada e conectada. Isso significa que os sensores e atuadores da camada de campo estão se tornando mais inteligentes e conectados, permitindo que a produção seja monitorada em tempo real e que as decisões sejam tomadas de forma mais rápida e precisa.
Além disso, com a adoção de tecnologias de Big Data e análise de dados, a camada de gerenciamento está se tornando cada vez mais importante na indústria 4.0. Os dados coletados pelos sensores e atuadores são armazenados em nuvem, permitindo que a camada de gerenciamento possa analisá-los e tomar decisões estratégicas com base nessas informações.
Com a indústria 4.0, a pirâmide da automação industrial está sendo transformada em uma estrutura mais horizontal, onde as diferentes camadas estão cada vez mais integradas e conectadas. Isso permite que a produção industrial seja mais eficiente, precisa e flexível, adaptando-se rapidamente às mudanças no mercado e nas demandas dos clientes.
Em resumo, a indústria 4.0 está mudando o conceito da pirâmide da automação industrial ao permitir a integração e conectividade de diferentes camadas de controle e automação, permitindo que a produção seja mais eficiente, precisa e flexível. Essa transformação está revolucionando a produção industrial, abrindo novas possibilidades para a criação de produtos e serviços cada vez mais
Por: Rodrigo Portes
Diretor de Vendas | Diretor Comercial | Gerente Nacional de Vendas | Gerente de Vendas Sênior | Mentor | Palestrante | Autor | Transformação Digital | Indústria 4.0
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