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O que é Automação Totalmente Integrada?
Quando uma empresa do setor farmacêutico na Suíça instalou uma nova linha para embalar comprimidos, envolveu máquinas de última geração. Houve uma combinação perfeita de uma máquina de embalagem em blister de alta velocidade desenvolvida por um fabricante alemão, uma máquina de embalagem em cartucho desenvolvida por uma empresa italiana e uma máquina de embalagem em caixa fornecida por um integrador local. O equipamento em si operava com eficiência excepcional. No entanto, o gerente da instalação enfrentou problemas ao tentar reunir informações relacionadas ao funcionamento da linha de produção como um todo, e ele tinha apenas plataformas de controle separadas para cada uma das máquinas, juntamente com diferentes tipos de informações apresentadas em diferentes formatos. Embora todas as máquinas fossem automatizadas, toda a linha de embalagem não operava de maneira totalmente integrada, o que é exatamente o que visa resolver o problema da automação totalmente integrada. Isso significa fornecer ao sistema um sistema que não é apenas um produto, mas também uma filosofia de design e uma plataforma de engenharia que garante que cada elemento do sistema de produção, incluindo controladores, acionamentos, sensores, indicadores de energia e outros, trabalhem juntos com base em um conjunto comum de informações e conhecimentos.
O que a Automação Totalmente Integrada Realmente Significa
A Siemens é a empresa mais comumente associada à frase Automação Totalmente Integrada (TIA), que desenvolveu como parte de uma estrutura de engenharia integrada em torno da plataforma de software TIA Portal. TIA refere-se a uma abordagem sistemática e abrangente para automação industrial, incluindo hardware, software, comunicação e dados, e não se limita a nenhum fornecedor específico. TIA gira em torno de três elementos principais. O primeiro é um ambiente de engenharia unificado, ou a mesma plataforma de software para configurar, programar e comissionar cada dispositivo em uma rede de automação, nomeadamente PLCs, HMIs, motores, dispositivos de segurança, RFIs e processadores de comunicação, sem usar várias ferramentas, reintroduzir informações ou lidar com a incompatibilidade de versões de diferentes programas. O segundo é comunicação integrada, que significa que cada dispositivo nesta rede usa a mesma linguagem, ou seja, PROFINET ou PROFIBUS dentro da estrutura da Siemens, mas também quaisquer outros padrões abertos, como OPC UA e MQTT. O controlador não requer drivers especiais para operar o motor, enquanto o HMI não precisa de um banco de dados de tags separado para obter informações sobre os sensores. O terceiro é dados e diagnósticos integrados, que significa que cada dispositivo processa informações sobre seu trabalho, nomeadamente corrente do motor, contagem de ciclos, códigos de falha e consumo de energia, mas essas informações estão disponíveis a partir de um único ponto e não ficam presas dentro de um dispositivo proprietário.
TIA Portal: Implementação da Automação Totalmente Integrada pela Siemens
“Automação totalmente integrada” diz respeito principalmente ao Siemens TIA Portal. O TIA Portal é a solução de engenharia de software onde todos os dispositivos das tecnologias de automação da Siemens se tornam parte de um ambiente de desenvolvimento único. Antigamente, havia utilitários individuais, com o STEP 7 para programar PLCs S7-300 da Siemens e o WinCC flexible para configurar os HMIs. Todo o software tinha interfaces, bancos de dados de tags e versões diferentes. O TIA Portal simplificou e unificou tudo. O engenheiro pode criar um único projeto, que terá todos os tipos de criação do programa plc, das telas hmi, dos dados do drive e da lógica de segurança. Uma única tag é usada uma vez no PLC para programá-lo e rapidamente exibida no HMI.
É crucial diferenciar entre o TIA Portal e a ideia mais geral de automação integrada. Enquanto o TIA Portal é um produto específico da Siemens, a automação integrada é o conceito que o TIA Portal implementa. Por exemplo, mesmo que não haja um único dispositivo Siemens em uma fábrica, pode haver automação integrada se todos os dispositivos nesta fábrica usarem protocolos padrão para comunicação e um modelo de dados comum. Por outro lado, é bastante possível ter uma fábrica cheia de dispositivos Siemens que não estão integrados porque as máquinas foram comissionadas individualmente e não conectadas. Portanto, a ferramenta não é o objetivo, mas sim o sistema de produção no qual todos os dispositivos podem ser acessados e controlados a partir de um ponto central enquanto os dados fluem entre os sistemas de produção e negócios. Pesquisas sobre McKinsey & Company fabricação digital identificam consistentemente a integração de dados — a capacidade de coletar, contextualizar e agir sobre dados de produção em tempo real — como o único habilitador mais importante das melhorias de produtividade e qualidade que a Indústria 4.0 promete.
Os Componentes Centrais de uma Arquitetura de Automação Totalmente Integrada
A automação totalmente integrada o sistema não é uma única caixa. É uma arquitetura em camadas na qual cada camada se baseia na camada abaixo dela, e na qual a integração entre as camadas é o que cria valor. A tabela abaixo resume os componentes centrais e seus papéis no todo integrado.
| Camada do Componente | O que faz | Como a Integração Adiciona Valor |
|---|---|---|
| Plataforma de engenharia unificada | Fornece um único ambiente de software para programar PLCs, configurar HMIs, configurar drives e gerenciar lógica de segurança. No mundo da Siemens, isso é o TIA Portal. Outros fornecedores têm suas próprias plataformas; arquiteturas abertas dependem de ferramentas e protocolos padronizados em vez do ambiente de um único fornecedor. | Elimina a reentrada de dados entre ferramentas. Reduz o tempo de engenharia em 20–40% em comparação com ambientes de múltiplas ferramentas. Simplifica a gestão de mudanças e o controle de versões. Uma tag definida uma vez é usada em todos os lugares. |
| Comunicação industrial integrada | PROFINET, PROFIBUS, EtherNet/IP, OPC UA, MQTT — os protocolos que transportam dados entre dispositivos. Em uma arquitetura TIA, a comunicação é configurada automaticamente a partir da configuração de hardware, não mapeada manualmente. | Garante que cada dispositivo pode se comunicar com todos os outros dispositivos e com os sistemas de supervisão. Reduz o tempo de comissionamento e elimina gateways de tradução de protocolo que adicionam custo e latência. |
| Segurança integrada | Controladores de segurança, I/O de segurança e drives de segurança que operam na mesma rede que a automação padrão, utilizando as mesmas ferramentas de engenharia. A lógica de segurança é programada ao lado da lógica padrão, não em um sistema separado e isolado. | Reduz a fiação, simplifica a solução de problemas e permite que funções de segurança sejam modificadas sem alterar a fiação física. Uma falha de segurança é relatada junto com diagnósticos padrão, fornecendo ao operador uma visão completa do estado da máquina. |
| Diagnósticos integrados e gerenciamento de energia | Cada dispositivo relata seu status operacional, códigos de falha e consumo de energia para um sistema central. Os dados são padronizados e acessíveis sem software proprietário ou uma conexão direta com cada dispositivo. | Permite manutenção preditiva ao monitorar correntes de motor e tempos de ciclo. Reduz custos de energia ao identificar cargas ociosas e otimizar sequências de processo. Fornece a base de dados para relatórios de sustentabilidade e contabilidade de carbono. |
| Integração vertical com MES e ERP | A camada de automação comunica dados de produção — contagens, resultados de qualidade, paradas — para o Sistema de Execução de Manufatura (MES) e, a partir daí, para o sistema de Planejamento de Recursos Empresariais (ERP). A comunicação é bidirecional: um pedido de ERP pode acionar uma mudança na receita de produção no chão de fábrica. | Fecha o ciclo entre planejamento de negócios e execução de produção. Reduz a entrada manual de dados, elimina latência na reportagem de produção e permite rastreamento e rastreabilidade de pedidos em tempo real. |
O que a Automação Totalmente Integrada Oferece à Fábrica
Os benefícios da integração total da automação não são meros conceitos teóricos. Eles são visivelmente práticos. Pode-se ver os efeitos positivos da automação em processos de produção, como no chão de fábrica, no departamento de engenharia e na divisão de manutenção. Entre os principais benefícios obtidos com a transição de formas isoladas para integradas de automação mencionados pelos fabricantes estão os seguintes.
- Redução do tempo de engenharia. Um ambiente de engenharia integrado elimina a necessidade de recriar os dados no PLC, HMI e ferramentas de drive. Qualquer modificação no design é diretamente propagada. Um projeto de automação de médio porte utiliza essa abordagem para minimizar as horas de engenharia em 20-40% a menos do que seria o caso em um ambiente de múltiplas ferramentas e múltiplos fornecedores.
- Comissionamento e troca mais rápidos. Comunicação integrada refere-se a uma situação em que um novo dispositivo, como um bloco de I/O remoto, um drive ou um sensor de segurança, é automaticamente reconhecido pelo controlador enquanto está sendo configurado a partir da plataforma principal de engenharia. O processo que normalmente levaria um longo dia de configuração de rede e mapeamento de tags se torna apenas algumas horas de trabalho.
- Diagnósticos melhorados e redução do tempo de inatividade. O departamento de manutenção pode diagnosticar problemas sem nem mesmo precisar ir até o dispositivo quando todas as máquinas enviam informações sobre suas falhas e desempenho para um local central. Um servo motor consumindo corrente acima do valor de referência pode gerar um pedido de manutenção mesmo antes da falha ocorrer. Isso leva à redução do Tempo Médio de Reparo (MTTR), porque a informação está disponível imediatamente.
- Rastreabilidade completa e dados de qualidade. Para empresas nos setores regulamentados de farmacêuticos, dispositivos médicos e alimentos e bebidas, a rastreabilidade ao longo do processo de fabricação — desde a fonte da matéria-prima até o cais de embarque final — é uma necessidade ditada pelos órgãos reguladores. Utilizar um sistema de automação integrado que vincula todas as etapas do processo de produção a um número de série único garante a rastreabilidade como um subproduto do processo de produção, em vez de ser alcançada por meio da acumulação de informações após o fato.
- Transparência energética e redução de custos. Quando a energia é monitorada com base em dispositivos por meio da integração, o gerente da planta é capaz de saber exatamente quanta energia é consumida, bem como o equipamento e a etapa em que essa atividade ocorre. Uma linha de fabricação que é construída com desligamento automático de energia dos equipamentos, que estão inativos durante as pausas de produção, pode diminuir o consumo de energia em até 15% sem afetar os níveis de produção.
A Automação Totalmente Integrada é Adequada para Todo Fabricante?
Optar por uma política de automação totalmente integrada, seja através do Siemens TIA Portal ou de uma plataforma de arquitetura aberta alternativa, não é uma opção simples. Por exemplo, se uma empresa tem apenas uma máquina que é carregada e descarregada manualmente, então não precisa de uma plataforma de engenharia completa, e um PLC básico e HMI serão suficientes. Por outro lado, se a empresa tem uma linha de produção complicada que possui muitas máquinas, plataformas de engenharia e padrões regulatórios em relação à rastreabilidade, então a integração será lucrativa. Ao avaliar a situação de forma prática, é importante estabelecer quantas plataformas de controle estão em operação agora e quanto tempo é gasto tentando integrá-las, e se a empresa tem a necessidade de obter informações da produção sobre a ordem do processo de produção. Para aquelas empresas que agora estão se tornando investidoras em uma nova linha de produtos, como linhas de produção e teste automatizadas, é melhor escolher sua automação desde a fase de design de todo o sistema. Uma linha criada para seguir a abordagem de integração desde o início e ser baseada em protocolos de comunicação como PROFINET ou OPCUA etc. será mais fácil de telecommandar, conectar ao seu MES ou reconfigurar conforme necessário. Por outro lado, será difícil fazer uma linha operar depois que ela foi construída de forma isolada. As linhas automatizadas da Benlong, incluindo o Linha de montagem automática MCB and the AC contactor automatic assembly and testing production line, são projetadas em arquiteturas de controle integradas e abertas que suportam a visibilidade de dados e os diagnósticos remotos que uma fábrica moderna e conectada exige.
Perguntas frequentes
O que é automação totalmente integrada?
Automação totalmente integrada (TIA) trata-se de ter uma maneira comum na qual os componentes do processo de automação industrial, como PLCs, drives, dispositivos HMI, equipamentos de segurança e comunicações, são projetados e controlados através de uma única plataforma de software. Embora o conceito esteja intimamente associado ao TIA Portal desenvolvido pela Siemens, o conceito de arquitetura de automação integrada de ponta a ponta é igualmente aplicável a todos os fabricantes e sistemas que obedecem a padrões internacionais.
O que é o Portal de Automação Totalmente Integrada da Siemens?
O Portal TIA da Siemens significa Portal de Automação Totalmente Integrada, que se refere a uma estrutura de engenharia de software baseada em produtos de automação da Siemens. Isso significa que pode trabalhar com PLCs SIMATIC, drives SINAMICS, dispositivos de Interface Homem-Máquina SIMATIC e Segurança SIMATIC. Graças ao software, é possível para um engenheiro programar, configurar e lançar todos os dispositivos a partir de um único projeto, juntamente com o banco de dados de tags e configurações de comunicação.
O que é automação integrada?
Automação integrada Ideia abrangente que envolve a ligação de todos os dispositivos e sistemas dentro de uma fábrica. Isso significa que os dispositivos transferem informações entre si, comunicam-se através de protocolos uniformes e podem ser controlados a partir de um único lugar. A automação totalmente integrada é o que corresponde a esse conceito e é uma solução fornecida por um fornecedor específico, mas isso não faz com que esse conceito dependa de nenhum fornecedor em particular.
Qual é a diferença entre Siemens TIA e AX?
O Portal TIA da Siemens, Portal de Automação Totalmente Integrada (TIA Portal), é a plataforma de engenharia desenvolvida para as famílias de PLC, HMI e drives SIMATIC da Siemens. AX é uma nova plataforma de engenharia nativa da nuvem criada pela Siemens que visa a convergência de TI – OT, acessibilidade baseada na web e implementação de práticas modernas de desenvolvimento de software. AX não substitui o TIA Portal; atua como uma plataforma complementar para aquelas aplicações que precisam de conectividade em nuvem, engenharia remota e desenvolvimento orientado a TI.
Referências
- Siemens — Portal de Automação Totalmente Integrada (TIA). A página oficial do produto para a plataforma de engenharia Siemens TIA Portal, descrevendo sua arquitetura, componentes integrados e aplicação em diversas indústrias.
- McKinsey & Company — Manufatura Digital e Indústria 4.0. Pesquisa sobre a importância da integração de dados e ambientes de engenharia unificados na obtenção dos benefícios de produtividade e qualidade da manufatura digital.
- Sociedade Internacional de Automação (ISA) — ISA‑95 e Padrões de Integração de Automação. Os padrões internacionais para integrar sistemas empresariais e de controle, definindo os modelos de dados e interfaces de comunicação que sustentam arquiteturas de automação integradas.
- Rockwell Automation — Arquitetura Integrada e Empresa Conectada. A equivalente da Rockwell Automation do conceito de automação integrada, fornecendo um ponto de comparação para implementações específicas de fornecedores do princípio de engenharia unificada.
Automação totalmente integrada não é um produto que um fabricante compra pronto para uso. É uma disciplina de engenharia — uma decisão de projetar o sistema de produção de modo que cada dispositivo, cada controlador e cada ferramenta de software trabalhem juntos como um todo único, coerente e transparente em dados. Para o gerente da planta, isso indica que quando um pedido de produção é feito no sistema ERP, ele pode passar diretamente para o chão de fábrica sem interrupções ou atrasos. Isso significa que uma falha na qualidade de um produto na linha de produção pode ser rastreada até um lote específico de matéria-prima. Para um engenheiro, isso significa que as modificações feitas no design terão um efeito cascata, significando que o design modificado será implementado em todos os lugares. E para o técnico de manutenção, isso significa que um atuador desatualizado emitirá avisos sobre sua falha antes de colapsar novamente e precisará de manutenção novamente. As linhas de montagem e teste da Benlong Automation são desenvolvidas com base neste princípio integrado de aberto, conectado e originalmente projetado para ser parte de um sistema de fábrica maior e não apenas sistemas isolados.
