A indústria moderna tem sido obrigada a dar passos cada vez mais largos em direção à eficiência e produtividade, já que a disputa pela maior fatia de bolo no mercado industrial é grande e os investimentos em tecnologia são altos e recorrentes.
A automação, neste contexto, é uma ferramenta extremamente visada e aplicada, já que oferece velocidade, confiabilidade operacional e favorece nas tomadas de decisão baseada em dados.
Mas, para que essa tecnologia seja aplicável, não basta apenas instalar máquinas, sensores ou softwares isolados em um processo industrial.
A verdade é que todos esses recursos devem estar organizados dentro de uma estrutura lógica e integrada, o que torna esse assunto mais complexo.
E é justamente nesse ponto que entra o assunto principal deste texto: a arquitetura de sistemas de automação industrial.
Como este conceito define que dispositivos de campo façam com que informações cheguem até setores como produção, manutenção, qualidade e diretoria? Descubra neste texto!
Ela define como os dispositivos de campo se comunicam com controladores, como os dados chegam aos supervisórios e como as informações estratégicas alcançam setores como produção, manutenção, qualidade e diretoria. Em outras palavras, trata-se da base que conecta o chão de fábrica à gestão empresarial.
O que é arquitetura de automação industrial?
Resumidamente, estamos falando da base que conecta o chão de fábrica à gestão empresarial, o que é muito interessante.
A arquitetura de automação industrial, em seu conceito, é a forma como os componentes tecnológicos de uma planta são organizados para controlar processos, monitorar operações e compartilhar informações.
Desta forma, essa arquitetura envolve componentes de funções distintas que, quando integrados, se complementam e atendem às complexidades industriais. Entre esses componentes, temos:
- Sensores e instrumentos;
- Atuadores e válvulas;
- CLPs e controladores;
- Inversores de frequência e soft starters;
- IHMs;
- Sistemas supervisórios;
- Bancos de dados industriais;
- Plataformas MES;
- Sistemas ERP;
- Redes industriais e servidores.
Camadas clássicas da automação industrial
Quando o assunto é automação industrial, tradicionalmente, muitos sistemas seguem uma divisão em níveis hierárquicos.
Essa divisão é descrita por muitos como uma pirâmide da automação, mas se trata de um modelo baseado na ISA-95.
Essa separação facilita o entendimento das responsabilidades de cada camada.
Nível de campo: onde tudo começa
Em projetos de automação, os conceitos aplicados substituem os nomes específicos dos próprios dispositivos utilizados.
Na base da arquitetura da automação, utiliza-se o nome “nível de campo” para se tratar dos dispositivos instalados diretamente no processo produtivo.
E esses você conhece! Por exemplo:
- Sensores de pressão, temperatura, nível e vazão;
- Chaves fim de curso;
- Encoders;
- Transmissores;
- Válvulas de controle;
- Motores elétricos;
- Cilindros pneumáticos;
- Bombas e ventiladores.
Em outras palavras, na camada Nível de Campo temos aqueles elementos que capturam variáveis físicas e executam comandos reais dentro da planta.
Em outras palavras, temos os elementos que fazem com que exista automação na prática, pois os componentes “enxergam” e atuam diretamente sobre o processo.
Precisa de dispositivos de campo confiáveis para garantir eficiência e controle no seu sistema automatizado?
Nível de controle: inteligência operacional em tempo real
Temos também o nível de controle, que está acima do nível de campo, já que o controlador é, de fato, quem vai ser responsável por tomar decisões automáticas em alta velocidade.
No nível de controle, os principais equipamentos são:
- CLPs;
- PACs;
- Controladores dedicados;
- Relés inteligentes;
- Inversores de frequência;
- Servoacionamentos.
Nessa etapa, são executadas lógicas de intertravamento (segurança), temporização, malhas PID, sequências automáticas e controles de velocidade, torque ou posicionamento.
Então, se você não conhecia até então quem mantinha a produção funcionando com repetibilidade e segurança, agora essa dúvida foi sanada!
Nível supervisório: visualização e monitoramento
Você, com sua responsabilidade técnica sobre a operação, sendo um técnico, engenheiro, supervisor ou manutentor, precisa de ferramentas que possibilitam acompanhar as variáveis do processo, certo?
E é aqui que entra em cena o nível supervisório, normalmente composto por:
- Sistemas SCADA;
- IHMs avançadas;
- Historiadores de dados;
- Alarmes centralizados;
- Telas operacionais.
Por meio dessa camada, você tem acesso às variáveis que ditam o processo em tempo real, temperaturas, estados de motores, consumo energético, falhas, tendências e indicadores operacionais.
Nível de gestão operacional: MES e inteligência produtiva
Essa camada é uma das mais relevantes. Se trata da camada que diz respeito ao que ocorre entre o chão de fábrica e o ERP (sistema de gestão integrado) e aborda o gerenciamento da execução da manufatura.
Por exemplo, o sistema MES (Manufacturing Execution System), que é uma ferramenta essencial na indústria 4.0, atua como um elo entre o chão de fábrica e a administração, conectando processos de produção e gerenciando dados em tempo real.
Além disso, os sistemas MES podem controlar:
- Ordens de produção;
- Apontamentos em tempo real;
- Rastreabilidade;
- Qualidade por lote;
- Eficiência global (OEE);
- Paradas de máquina;
- Consumo específico;
- Desempenho de linhas.
Nível corporativo: visão estratégica do negócio
O nível corporativo é definido, basicamente, pelo ERP e outras plataformas de gestão empresarial que muitas vezes são desenvolvidas pela própria empresa, com funções específicas que as atendem.
Nessa camada, encontram informações relacionadas a:
- Custos;
- Estoques;
- Compras;
- Planejamento de produção;
- Vendas;
- Indicadores financeiros;
- Recursos humanos;
- Cadeia de suprimentos.
Nota-se que nessa camada existem dados e informações já processadas. Quando integrados às camadas industriais, esses sistemas deixam de operar com dados estimados e passam a utilizar informações reais da produção.
Como projetar uma boa arquitetura de automação
Muitas empresas preferem dedicar seus investimentos a um ERP próprio, que os favoreça segundo as suas especificidades, mas não sabem como fazer ou por onde começar.
Basicamente, essa ação vai exigir um bom programador (o que não é difícil de encontrar, já que várias empresas oferecem esse serviço) e profissionais que alimentem o desenvolvedor da arquitetura com as informações necessárias para a empresa.
No entanto, é preciso pensar mais a frente. É preciso de um planejamento técnico para que essa ação não “morra” lá na frente ou ainda não se torne limitada às possibilidades que possam surgir.
Por isso, alguns pilares fundamentais na projeção de uma arquitetura de automação, envolve:
Escalabilidade
Nunca projete algo pensando no agora. Amanhã, seus processos serão outros, sua demanda vai aumentar e seus parâmetros podem se tornar mais complexos.
Portanto: escalabilidade, sem desconsiderar nenhuma camada!
Padronização
Utilizar protocolos, nomenclaturas e estruturas consistentes.
Disponibilidade
Utilize redundância em pontos críticos (a segurança vale mais do que a pressa). Padronize backups e tenha plano de contingência.
Segurança cibernética
Você provavelmente conhece empresas que tiveram seus sistemas hackeados por pessoas ao redor do mundo.
Algumas não conseguem nem se restabelecer novamente se não tiverem um backup, já que optam inteligentemente por não pagar os hackers pelo valor cobrado pela devolução do sistema.
Para evitar sérios prejuízos relacionados a isso, invista em segmentação de redes, controle de acesso e atualização segura.
Integração
Na integração, é útil que haja comunicação entre equipamentos de diferentes fabricantes. Isso remove até mesmo barreiras em relação a dispositivos para substituição.
Visibilidade de dados
É mandatório que as informações sejam acessíveis para operação, engenharia e gestão.
Conclusão
Nota-se, portanto, que a arquitetura de sistemas de automação industrial abrange todo o ambiente fabril, sendo o elo entre máquinas, pessoas e decisões estratégicas.
Quando sensores, controladores, supervisórios e sistemas corporativos trabalham de forma integrada, a empresa ganha produtividade, rastreabilidade, eficiência energética e velocidade de resposta ao mercado.
Por esse motivo, a arquitetura traz um significado maior que uma organização técnica, ela também define a capacidade competitiva da indústria moderna.
Quer estruturar uma arquitetura de automação mais eficiente e integrada na sua indústria?
FAQ – Arquitetura de automação industrial
1. O que é arquitetura de automação industrial?
É a estrutura que organiza e integra sensores, atuadores, controladores e sistemas de gestão para controlar processos e compartilhar informações na indústria.
2. Quais são as principais camadas da automação industrial?
Nível de campo, nível de controle, nível supervisório, nível de gestão operacional (MES) e nível corporativo (ERP).
3. Por que a integração entre as camadas é importante?
Porque permite troca de dados em tempo real, melhora a tomada de decisão e aumenta a eficiência e a rastreabilidade do processo.
4. O que considerar ao projetar uma arquitetura de automação?
Escalabilidade, padronização, disponibilidade, segurança cibernética, integração entre sistemas e visibilidade de dados.
