Tecnologias de Controle da Indústria 4.0 aplicada nas ...Tecnologias de Controle da Indústria 4.0 aplicada nas Indústrias Nacionais Industrie 4.0 - Facilmente Implementada com Beckhoff

Tecnologias de Controle da Indústria 4.0 aplicada nas Indústrias Nacionais

Industrie 4.0 - Facilmente Implementada com Beckhoff - www.beckhoff.com.br

O estado atual das tecnologias de digitalização e controle


Evolução Tecnológica e o impacto nos sistemas de controle e digitalização

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Hardware simplificado,

padronizado, multi-função,

acessível, flexível...


É a quarta revolução Industrial. O

próximo estágio da organização e do

controle da inteira cadeia de valor

junto com o ciclo de vida do produto.

Este ciclo está baseado no crescente

desejo individualizado dos clientes e

compreende desde:

a ideia do produto,

seu pedido,

seu desenvolvimento,

sua produção,

sua entrega ao cliente final,

sua reciclagem e serviços correlatos

Antes de continuarmos, algumas definições:


Os benefícios que a Industrie 4.0 busca atingir

• Atender aos desejos individualizados dos clientes

significa melhorar a produção de lotes tamanho “1”

ou lotes bem pequenos, tornando-os mais

lucrativos;

• A utilização combinada de Big Data, IoT, CPS e

Computação na Nuvem permitirá a otimização da

tomada de decisões, a determinação antecipada de

soluções de projetos e flexibilidade para responder

as tecnologias disruptivas;

• A produção eficiente trará o uso eficiente dos

recursos (máquinas, energia e matéria prima);

• As pessoas serão capazes de balancear seus

trabalhos e seu tempo livre com a família de forma

mais eficiente, através de seu envolvimento com o

staff.


... e a “espinha dorsal” dessa revolução industrial


Evolução Tecnológica e o impacto nos sistemas de controle e digitalização

Integração de

PLC

Controle de eixos

Visualização

Armazenamento de dados

Comunicação

Controle no PC

Pequenos + Médios PLC

7

Complexidade

1970 1975 1980 1990 1985 1995 2005 2000 2010

Embedded PC

2015 2020

Controle

De eixos $

Painel de Operação,

visualização,

back-up de dados

PC Industrial $

PLC $

Integração de

Automação Científica

eXtreme Fast Control

(XFC)

Automação c/ C/C++

Uso do Matlab

Funções especiais (hidráulica e

cinemática)

Visão

Pequenos dispositivos

Embedded PC

Controle no PC

Embedded PC


Máquinas e processos devem ser equipados com

tecnologia de controle aberta e que apresentem

conectividade simplificada, com alto poder

computacional e ótima relação custo/benefício

Os PCs tornaram-se:

Hardwares com altíssima capacidade

computacional

Aplicações das mais simples até as mais

complexas podem ser realizadas nele;

Redes de Controle de altíssimo desempenho:

simples e fáceis de instalar

Abertos: liberdade de escolha de fornecedor

Robustos

Totalmente integrados com TI (integração nativa)

Então, como tirar proveito dessa evolução tecnológica?


Visão

Robótica

Simulação

Modelamento &

Controle avançado

Instrumentação &

Medição

Diagnósticos

Avançados

O avanço da tecnologia de automação

(computadores multi-core, controle ultra-rápido)

Integração de diferentes algoritmos no domínio da

Tecnologia de Automação

Uso das tecnologias da informação orientadas a

aplicação, na tecnologia de automação.

9

Então, como tirar proveito dessa evolução tecnológica


Por onde começar?

Máquina 1 Máquina 2 Máquina ‘n’

$ $ $

1. Coleta de Dados

1. Sistemas de Controle tradicionais dificultam essa tarefa

1. Um hardware adicional deverá ser considerado

2. PC é a melhor opção, nesta fase, por sua

conectividade flexível

PC é capaz de coletar

todos os sinais e

conectar-se a qualquer

protocolo existente no

controlador antigo

Por ser um PC, sua

conexão numa rede

Ethernet padrão é

imediata.

Nenhum hardware caro e

dedicado é necessário

$ $ $


Qual o próximo passo?

Máquina 1 Máquina 2 Máquina ‘n’

$ $ $

1. Reforma e Aproveitamento de Máquinas antigas

1. Os controladores antigos são substituídos pelo mesmo PC da

Coleta de Dados (proteção do seu investimento)

2. Agora os PC´s controlam as máquinas/processos que estão

diretamente ligados à infraestrutura de TI

A alta capacidade

computacional do PC

garantirá aumento da

produtividade, economia de

energia e de matéria prima

Outras funcionalidades

poderão ser acrescentadas

sem a necessidade de troca

do PC Controlador.

Isso garante a proteção do

seu investimento por longo

tempo

$ $ $


Sistemas abertos significam: proteção do seu investimento…

Hardware do PC é padronizado e intercambiável

Independência de um único fornecedor de hardware

Os sistemas de E/S são padronizados e intercambiáveis

Independência de um único fornecedor de hardware

Família de processadores Intel® x86 e os Sistemas Operacionais da Microsoft garantem

a continuidade

Investimentos e know-how de software estão protegidos

a longo prazo

Controle no PC realiza funções de PLC, NC, malha de controle, …aplicações num hardware

padronizado

Hardware padrão para qualquer tipo de aplicação

em qualquer segmento


O efeito é obvio:

Redução de custos graças ao (re)uso de componentes de

terceiros

…e fácil migração dos components já existentes

A arquitetura aberta do Controle no PC facilita enormemente a migração dos componentes de hardware e software existentes para a nova solução


Vamos dar uma olhada num Sistema existente:

Com a Tecnologia de Controle no PC o desempenho da sua máquina ou processo podem

ser levados para um nível muito superior

Como o Controle no PC otimiza Máquinas e processos existentes

O Controle no PC otimiza

sistemas existentes e

disponibiliza todo o potencial

para futuros desenvolvimentos


Beckhoff – Reforma de máquina e integração com MES/ERP


Exemplo: Tecnologia XFC aumenta o desempenho de todas as máquinas…

O motive para isso é que

XFC permite loops de controle de 100 microssegundos

Com a Tecnologia eXtreme Fast Control Technology XFC,

A Beckhoff maximiza a produtividade, e a eficiência de sistemas existentes,

sem alterar o projeto mecânico.

E, ao mesmo tempo,

o consume de recursos pode ser reduzido ao mínimo.


… minimizando o tempo de resposta


XFC é composto por quarto componentes de alto desempenho…

PC Control | Hardware TwinCAT | Software

EtherCAT | Communication High-speed I/O | Signal Conditioning

Uma máquina “XFC” da Husky …


... pelo que são conhecidas...

© svort - Fotolia.com


… e como o XFC otimizou o controle de pressão …


… e o quanto as Máquinas Husky economizam por terem o XFC

Peso Unitário antes (g): 22

Peso Unitário depois (g): 20

Peças/ano: 54,568,421

Economia de material/ano (kg): 125,507

Economia de US$ 182.651 em matéria prima/ano!


Célula de Manufatura composta por oito

módulos de produção;

Cada módulo está equipado com um PC

Industrial e Rede EtherCAT para integrar

diversos sinais e protocolos de campo;

Todos os módulos comunicando-se via

OPC-UA numa rede Ethernet com

infraestrutura padrão;

O PC controla cada módulo e coordena

comunicação Máquina-Máquina;

O PC coordena comunicação de cada

módulo com MES e ERP, via OPC-UA.

Casos Reais | Controle no PC e a Industrie 4.0


Casos Reais | Arquitetura dos Módulos na célula de Manufatura Avançada

Módulo

Após a EXPOMAFE a célula foi

transferida para a unidade do SENAI, em

São Caetano do Sul, e permanecerá

funcionando como um “Open-Lab”.


Nobilia-Werke J. Stickling GmbH & Co. KG, Verl

Base de Dados Oracle

540 PC Beckhoff

Lote Tamanho „1“

>1 milhão de transações/dia

Tempo de resposta médio de 100ms

Identificação das peças por código de barras e

RFID

Sem inteligência ou dados armazenados nas

peças manufaturadas!

Armazenagem de dados centralizada

„Manufacturing by wire“

Fabricação com baixo custo, numa região de

alto custo, a Westfalia!

Nobila e Beckhoff: parceiros do Industrie 4.0 desde 1990!

Lider Europeu na fabricação de cozinhas

2450 empregados 900 Mio. Euros em Vendas (2012)

>2500 cozinhas/dia, >500.000 cozinhas/ano!

26 https://www.youtube.com/watch?v=32Dpi8NRhLc


https://www.youtube.com/watch?v=32Dpi8NRhLc

A evolução tecnológica representa uma

grande oportunidade para as empresas

nacionais:

Através de produtos e soluções que

atendam suas necessidades atuais e

permitam a implementação (gradual) de

maiores funcionalidades, protegendo seu

investimento e facilitando o planejamento

do crescimento da empresa

Evitando tecnologias fechadas, que

apresentam conectividade complicada, e

que te obrigam a trocar equipamentos para

implementar novas funcionalidades.

As empresas nacionais estão diante de uma grande oportunidade


Visão

Robótica

Simulação

Modelamento &

Controle avançado

Instrumentação &

Medição

Diagnósticos

Avançados

O avanço da tecnologia de automação

(computadores multi-core, controle ultra-rápido)

Integração de diferentes algoritmos no domínio da

Tecnologia de Automação

Uso das tecnologias da informação orientadas a

aplicação, na tecnologia de automação.

28

Tecnologia de controle no PC: evolução gradual sem perda de investimento


TwinCAT:

Software de

Controle em

Tempo Real

PC Industrial Tecnologia de

Acionamento

Módulos de E/S

EtherCAT:

Comunicação em alta

velocidade

Control Panel

A correta Base Tecnológica para atingir a Automação Total

29


Beckhoff Automação: O que fazemos?

Há mais de 30 anos desenvolvemos e

comercializamos a tecnologia de controle no PC.


Os ancestrais do controle no PC: a história da automação

Before the power electronics:

Before diodes, thyristors and IGBTs

were available, currents were rectified with

selenium rectifiers, or with huge mercury-

arc rectifiers emitting eerie blue light.

First computer-controlled machine tools

The first Simatic controller on a capstan lathe was

presented at the 6th EMO in Paris. The logic was still

hard-wired.

PLC: The success story of the

PLC started with Dick Morley's first Modular

Industrial Control.

Electronic drives

In 1967 AMK presented the world's first mass-produced

infinitely variable electronic three-phase current-squirrel cage

motor. Eight years later another AMK innovation enabled several

three-phase current drives to operate with angular synchronism

for the first time.

Published in the A&D anniversary compendium 2007/8

Heinrich Grünebaum (seen here between Hans Lenze and Lenze's daughter Elisabeth

Belling at the 1952 Hannover Fair) developed the Alquist

motor, which became the forefather of controlled drives. It

revolutionised winding processes in many industrial60 years of

automation technology sectors.

The original idea:

Physicists John Bardeen, Walter

Brattain and William

Shockley developed the

first transistor at Bell

Laboratories.


Os ancestrais do controle no PC: a história da automação

Integration push: Automation technology increasingly consists of decentralised intelligent

drive and control components that can

communicate with each other via Industrial

Ethernet.

Digital factory and virtual commissioning:

The world of digital product development merges with

automation technology. Control programs for

production processes are developed based on

simulation.

Condensed:

The functionality of a PLC has been realised

on a chip.

At machine level: Programming devices

from the pre-PC era were very large and

unwieldy. CNC programming at

machine level – once again introduced by AMK – represented

remarkable progress.

Coincidence: A customer requested a

Beckhoff control system to be equipped with a hard drive.

The simplest solution was to integrate a PC. It soon

became apparent that the PC could do more than act as

data collector for the control system, and the era of PCs in

industrial automation began.

Published in the A&D anniversary compendium 2007/8


Três fatos que mostram que a

Tecnologia de controle no PC é

sua melhor escolha para otimizar

máquinas e processos.

Tecnologia de Controle no PC – sua melhor escolha

Parcela crescente de

software

Evolução da Tecnologia

Fusão TA com TI


Fato 1: contribuição do software em sistemas de produção

Sistemas Elétricos e Software versus Sistemas Mecânicos

Percentage of Software development costs in production systems

0%

20%

40%

60%

80%

100%

1970 1980 1990 2000Mechanic Electric Software

Source: McKinsey


Fato 2: O desenvolvimento da Tecnologia de Automação

Integração de

PLC

Controle de eixos

Visualização

Armazenamento de dados

Comunicação

Controle no PC

Pequenos + Médios PLC

36

Complexidade

1970 1975 1980 1990 1985 1995 2005 2000 2010

Embedded PC

2015 2020

Controle

De eixos $

Painel de Operação,

visualização,

back-up de dados

PC Industrial $

PLC $

Integração de

Automação Científica

eXtreme Fast Control

(XFC)

Automação c/ C/C++

Uso do Matlab

Funções especiais (hidráulica e

cinemática)

Visão

Pequenos dispositivos

Embedded PC

Controle no PC

Embedded PC


Fato 3: Fusão da Automação com Tecnologia da Informaçãp

Quais as conseguências na fusão de T.A com T.I?

IT powered Automation


É nesta fusão que começa a Tecnologia de Controle no PC

O Controle no PC entrega todo o

potêncial da fusão de TA com TI

Esta combinação é o terreno fértil

para uma idéia que mudou os

procedimentos de automação em

todo o mundo


Nossa ideia pioneira: virar a automação de cabeça para baixo…

Há três décadas atrás a Beckhoff inverteu o pensamento

tradicional com uma ideia que quebrou todas as regras:

Nós escolhemos o PC como a

plataforma padrão de hardware para

todas as funções de controle

HMI PLC Motion control Communication

Hardware 1 Hardware 2 Hardware 3 Hardware 4

PC-based hardware

HMI PLC Motion control Communication

Windows operating system

Ao invés de utilizar diferentes e

complexos módulos de hardware

com diferentes plataformas de

software


… e transferir o controle do hardware para o software

A ideia principal da filosofia Beckhoff de

controle no PC:

Transferir as funcionalidades de controle do

Hardware para o Software, integrando as

funcionalidades de PLC, controle de eixos a

CNC como uma solução de software no

PC.

Esta ideia foi uma verdadeira revolução.

E ela levou a significativas redução de

custos e complexidade.


Maximizando a liberdade: nossa arquitetura aberta de controle

Scanner

Application workbench Operator interface/Scada

Windows appl.

(e.g. written in .Net)

Programming workbench

System

Manager PLC NC PTP NCI/CNC

I/O

server

PLC

server

NC PTP

server

NCI/CNC

server

Real-time kernel extension Windows 10/8/7/XP/2000/NT

USER MODE

KERNEL MODE

DVI display

CF, CFast COM port … Ethernet CD/ DVD Hard disk

PROFIBUS Interbus CANopen DeviceNet EtherCAT SERCOS Lightbus

IPC I/O mapping


Uma única CPU com multiplos benefícios

Melhores diagnósticos:

É economia de tempo

Minimização de hardware e redução de interfaces:

É redução de custos

Ciclos de tempo mais rápidos devido ao desempenho das CPUs:

É otimização da precisão

Solução através de software ao invés de hardware:

É facilidade de implementação

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PC Control: Suas perguntas, por favor...

Perguntas?


Os especialistas em Controle Baseado em PC agradecem sua participação

Muito obrigado!


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