Pirâmide de Automação Industrial: entenda o que é e como está sendo modificada pela indústria 4.0

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