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SIMULADOR DE OPERAÇÃO DE EQUIPAMENTOS

DESENVOLVIDO EM EXCEL

Gilson Vaz de Oliveira Gerente de Engenharia da EPC Automação Ltda.

simulação de situações

reais evoluiu muito desde as

primeiras aplicações, mas

teve grande utilização na Segunda

Guerra Mundial.

A principal característica da si-

mulação é possibilitar a interativi-

dade com o programa, que por sua

vez deve representar o máximo de

fidelidade com a situação real, sem

se importar com o que não é neces-

sário, evitando que um simulador se

torne muito caro, complexo e não

amigável ao usuário final.

A simulação tem sua maior apli-

cação na área militar com investi-

mentos muito superiores aos de-

mais segmentos: “O Orçamento de

2003 para a Seção de Defesa Nacio-

nal dos Estados Unidos especificou

uma verba de US$ 10 bilhões para

treinamento. Para o Pentágono, são

destinados anualmente US$ 4 bi-

lhões para equipamentos de simu-

lação e jogos de guerra.”

(Schitcoski, pág. 20).

A utilização de simuladores de

processo industrial tem se desen-

volvido de maneira acentuada nos

últimos 10 (dez) anos para atender

as necessidades atuais do mercado.

Apesar deste crescimento signi-

ficativo, os usuários destes sistemas

ainda não estão totalmente satisfei-

tos com os produtos entregues pe-

los desenvolvedores de simulador

de processo industrial.

Simulador de processo industrial

é uma ferramenta importante que

possibilita o treinamento de técni-

cos e operadores, validação de es-

tratégias de controle e segurança,

além de contribuir para o aumento

de produção, aumento de disponibi-

lidade operacional e redução de

custos.

Apesar deste crescimento signi-

ficativo, os usuários destes sistemas

ainda não estão totalmente satisfei-

tos com os produtos entregues pe-

los desenvolvedores de simulador

de processo industrial.

A necessidade de utilização de

simuladores de processo industrial

aumenta proporcionalmente com a

complexidade das malhas de con-

trole e segurança implementadas.

Em função da necessidade de au-

mento de produtividade, segurança

e qualidade dos produtos finais, os

engenheiros de processo e automa-

ção têm utilizado sistemas de con-

trole e segurança cada vez mais

sofisticados que necessitam de

maior conhecimento dos operado-

res destas plantas.

As empresas especializadas no

desenvolvimento de simuladores

dão ênfase às propriedades quími-

cas e físicas do processo industrial e

necessitam de modelos complexos

para representar com fidelidade

estas características.

Existem vários simuladores com-

prados que se tornaram obsoletos

porque deixaram de refletir a reali-

dade do processo em função de

pequenas alterações efetuadas na

planta, após o desenvolvimento

inicial destes modelos.

Em busca de modelos que refli-

tam a realidade do processo, os

sistemas ofertados atualmente pre-

cisam de um desempenho elevado

do hardware e software, aumen-

tando consideravelmente a comple-

xidade das plataformas necessárias

e consequentemente aumentando

muito o custo do produto.

Além disso, o programa desen-

volvido pelos especialistas destas

empresas, de um modo geral, im-

possibilita a alteração do modelo

A

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implementado em função da utiliza-

ção de software desconhecido pela

grande maioria dos engenheiros e

técnicos mantenedores destes sis-

temas nas indústrias. Existem vários

simuladores comprados que se tor-

naram obsoletos porque deixaram

de refletir a realidade do processo

em função de pequenas alterações

efetuadas na planta, após o desen-

volvimento inicial destes modelos.

Atualmente, os fabricantes de

equipamentos, tais como: bombas,

caldeiras, compressores, fornos, e

reatores desenvolvem e fornecem

sistemas específicos de hardware e

software para operação dos seus

equipamentos. As lógicas de contro-

le e segurança estão cada vez mais

complexas, acrescentando um grau

elevado de dificuldade na partida,

operação e parada destes sistemas.

Em função desta necessidade e

pensando também na redução de

custos é aconselhável nestes casos,

utilizar simuladores de operação de

equipamentos desenvolvidos em

Excel.

Como os simuladores de proces-

so ofertados não possuem o deta-

lhamento necessário das lógicas e

telas gráficas desenvolvidas pelos

fabricantes de equipamentos, as

indústrias não conseguem capacitar

seus técnicos na manutenção e

operação correta destes sistemas.

Como consequência, existe uma

grande necessidade da indústria em

treinar seus técnicos e operadores

nestes equipamentos, mesmo após

a aquisição de um simulador de

processo.

Em função desta necessidade e

pensando também na redução de

custos é aconselhável nestes casos,

utilizar simuladores de operação de

equipamentos desenvolvidos em

Excel.

POR QUE UTILIZAR O EXCEL?

O Excel é um programa do paco-

te Office da Microsoft que existe em

quase toda a totalidade dos compu-

tadores utilizados na indústria.

Além disso, o Excel é um pro-

grama altamente utilizado e conhe-

cido pela grande maioria dos usuá-

rios de informática.

Em função destas características,

torna-se possível instalar o simula-

dor em qualquer computador da

planta, inclusive nas máquinas da

Sala de Controle para orientar os

operadores em uma necessidade

imediata.

COMO É O DESENVOLVIMEN-

TO DO SIMULADOR?

Inicialmente copiam-se as telas

gráficas estáticas do SDCD, supervi-

sório ou IHM local, utilizadas para a

operação do equipamento.

Em seguida, programam-se as

lógicas de controle e segurança no

VBA do Excel, considerando-se to-

dos os detalhes relevantes configu-

rados no programa aplicativo do

CLP ou SIS.

Finalmente, animam-se todos os

campos dinâmicos das telas gráfi-

cas, incluindo-se avisos, mensagens,

alarmes, botões de comando, ne-

cessários à operação completa do

equipamento.

Desta maneira, toda a lógica e

animação das telas gráficas residi-

rão no Excel, isto é, não será neces-

sária a utilização de nenhum outro

software para simular a operação

completa do equipamento.

Outra opção de desenvolvimen-

to do simulador é utilizar a caracte-

rística de alguns sistemas que per-

mitem a comunicação do software

da estação de engenharia com pla-

nilha Excel. Neste caso, deve-se

utilizar o programa aplicativo do

CLP ou SIS e criar somente as ani-

mações das telas gráficas no Excel.

Esta técnica necessita que o pro-

grama aplicativo do fornecedor

esteja rodando junto com a planilha

Excel para a simulação da operação

do equipamento.

O QUE PODE SER CRIADO NO

EXCEL?

A versatilidade e o potencial do

VBA incorporado no Excel permitem

a criação de todas as necessidades

para a implementação das lógicas

de controle e segurança, tais como:

• Controle PID;

• Controle cascata;

• Temporizados;

• Blocos lógicos: AND, OR, NOT,

entre outros;

• Flip Flop;

• Contadores;

• Seletores de sinal;

• Blocos analógicos: somado-

res, subtratores, multiplica-

dores, divisores, entre outros;

• Sequenciadores.

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Além da utilização do VBA, o

Excel permite uma extraordinária

possibilidade de criação de anima-

ções gráficas, entre elas:

• Bar graph;

• Animações coloridas;

• Indicações analógicas e digi-

tais;

• Botões de comando;

• Biblioteca de desenhos cus-

tomizados de equipamentos:

bombas, compressores, for-

nos, tanques, vasos, entre ou-

tros;

• Registros históricos;

• Avisos, mensagens e alarmes.

Não necessita de servidores e

redes de comunicação.

ALGUMAS APLICAÇÕES PARA

ESTE TIPO DE SIMULADOR

O simulador pode ser utilizado

em qualquer equipamento para

atender as atividades descritas

abaixo:

• Treinamento de operadores;

• Treinamento de engenheiros

e técnicos de automação e

instrumentação;

Não requer nenhuma sala de trei-

namento específica para instalar os

equipamentos.

• Validação de malhas de con-

trole e segurança novas e

existentes;

• Solução de problemas em

malhas de controle e segu-

rança existentes.

QUAIS AS VANTAGENS DESTE

TIPO DE SIMULADOR?

As vantagens do simulador de

operação de equipamentos desen-

volvido em Excel são:

• Baixo custo;

• Facilidade para programar al-

terações após o desenvolvi-

mento inicial do simulador;

• Utilização em qualquer com-

putador disponível;

• Utilização de programa co-

nhecido pelos usuários;

• Não necessita de servidores e

redes de comunicação;

Padronizar e uniformizar os

procedimentos operacionais

dos equipamentos.

• Não requer nenhuma sala de

treinamento específica para

instalar os equipamentos;

• Todos os detalhes da opera-

ção do equipamento estarão

disponíveis no simulador;

Desenvolver habilidades para

tomada de decisões.

• Implantação gradual dos si-

muladores, proporcionando

um investimento mais ade-

quado à disponibilidade de

verba dos respectivos setores

da planta.

QUAIS OS GANHOS COM A

UTILIZAÇÃO DESTE SIMULA-

DOR?

A utilização de simuladores de-

senvolvidos em Excel permite asse-

gurar vários ganhos, conforme des-

critos abaixo:

• Padronizar e uniformizar os

procedimentos operacionais

dos equipamentos;

• Desenvolver habilidades para

tomada de decisões;

• Agir com maior rapidez dian-

te de certas situações;

• Repetir as ações tantas vezes

quantas forem necessárias

sem correr nenhum risco;

• Reduzir o tempo de comissi-

onamento;

• Aumentar a confiabilidade da

operação e manutenção dos

equipamentos;

• Capacitar os engenheiros,

técnicos e operadores antes

do início da operação dos

equipamentos;

• Aumentar a disponibilidade

operacional;

• Reduzir o custo na implanta-

ção do simulador.

Repetir as ações tantas vezes

quantas forem necessárias sem

correr nenhum risco.

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Figura 1 - Tela de partida do compressor

EXEMPLOS DE SIMULADORES JÁ IMPLANTADOS

Existem vários simuladores na UNIB-3 da Braskem em Santo André que foram desenvolvidos em

Excel para diversas finalidades, contribuindo substancialmente no treinamento de operadores e desenvolvimento

de melhorias nos controles existentes. Seguem abaixo as descrições de alguns simuladores implantados nesta uni-

dade da Braskem:

• Antes da implementação das melhorias nas bombas de expedição de Etileno, o simulador desenvolvido com-

provou que o conteúdo do Memorial Descritivo de Intertravamento contemplava todas as necessidades ope-

racionais da planta. A interface criada no Excel facilitou a apresentação e possibilitou o entendimento da lógica

implantada para assegurar o perfeito funcionamento das respectivas bombas. Todas as funcionalidades, ani-

mações e telas de ajuda desenvolvidas no simulador foram configuradas nas telas gráficas do SDCD.

• A planta possui vários compressores centrífugos com alto grau de automação e consequentemente com uma

elevada necessidade de capacitação de técnicos e operadores. Foram desenvolvidos 2 (dois) simuladores em

Excel que refletem com fidelidade a operação destes equipamentos. As Figuras 1 e 2 mostram as telas gráficas

dos compressores que proporcionaram o treinamento de 80 (oitenta) pessoas de manutenção e operação.

Foram criadas várias situações que simulam defeitos e problemas no funcionamento do sistema para serem in-

terpretados pelos treinandos.

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• Foi desenvolvido um simulador para mostrar todos os detalhes de funcionamento de uma lógica complexa de

relés, possibilitando a realização de treinamento de engenheiros e técnicos de manutenção de automação e

instrumentação sem interferir na instalação existente que está em operação.

• Após a identificação de melhorias no controle antisurge dos compressores, foi desenvolvido um simulador

com a inclusão das alterações necessárias, possibilitando a comprovação do perfeito funcionamento da lógica

de controle proposta antes da sua implantação. Neste simulador, a tela gráfica do Excel comunica-se em tem-

po real com o programa aplicativo do Sistema Integrado de Segurança atualizando dinamicamente todos os

dados operacionais e gráfico de surge apresentados na Figura 3.

Figura 2 - Tela de operação dos compressores

Figura 3 - Tela do controle antisurge do compressor

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BAIXAR SIMULADORES PARA TESTE

Estão disponíveis no site da EPC Automação, www.epcautomacao.com.br/downloads/, vários arquivos que

podem ser baixados para testes e verificação da capacidade dos simuladores desenvolvidos no programa Excel.

Seguem abaixo a descrição de alguns simuladores disponíveis:

• Controle de elevador com 4 (quatro) pavimentos: este simulador possui todas as características e necessi-

dades de um sistema de controle de elevador utilizado em edifício residencial;

• Controle de processo: este simulador permite a interação em um processo com vários tipos de controle;

• Partida e intertravamento de bomba: este simulador mostra a lógica de relés utilizada na partida e intertra-

vamento de uma bomba de processo industrial;

• Funcionamento de relé de segurança: este simulador mostra o funcionamento de relé de segurança utiliza-

do em parada de emergência.

Obs.: Os simuladores foram desenvolvidos no programa Microsoft Office Excel 2010 e consequentemente deve-

rão ser testados utilizando-se esta versão do respectivo programa.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

� Desenvolvimento de um simulador genérico de processos dinâmicos - Rafael de Pelegrini Soares.

� O passado, o presente e o futuro dos simuladores - Fabio Baladez.

� Uma arquitetura modular para sistemas de treinamento militar em operações táticas - Robertson Schitcoski.