Principais normas na área da Automação Industrial

Introdução

Quando estamos trabalhando em projetos de engenharia, estamos sujeitos a cumprimentos de normas e padronizações. Dependendo do projeto, certas normas deverão ser seguidas à risca para que ele fique dentro de padrões de segurança e funcionalidade estabelecidos.

A boa notícia é que não é necessário decorar uma norma, já que elas estão disponíveis para compra pelos seus respectivos órgãos emissores. Mesmo assim, o ideal é que o profissional tenha ao menos as noções básicas das principais que ele irá trabalhar. Além de proporcionar argumentos e facilitar a implementação dentro dos padrões, pode ser um diferencial frente a outros profissionais que as desconhecem.

Neste post, vamos falar um pouco das principais normas que um profissional de automação precisa ter ao menos conhecimento básico. Nem todas as normas citadas aqui irão se aplicar para todos, pois a aplicação delas depende muito da área de atuação e/ou projeto ao qual o profissional está atuando, mas ainda assim é essencial ter conhecimento das mesmas e suas aplicações / abrangência.

IEC 61131: – Controladores programáveis

A IEC 61131 pode ser vista mais como diretrizes para programação e seleção de PLC’s, não como uma norma rígida passível de penalização de quem não a segue à risca. É uma norma que ajudará ao usuário desenvolver aplicações padronizadas e consistentes. Desde aplicações mais simples à mais complexas.

É a norma adotada não somente pelas indústrias como padrão para programação de PLCs, mas pelos fabricantes de PLCs e softwares de programação de PLCs, como Schneider Electric, Rockwell, Siemens, CoDeSys etc.

A IEC 61131 não apenas se trata de linguagens de programação como muitos pensam, mas de todo o ciclo de vida de criação de projetos de automação. Ela consiste em 8 partes, cada uma descrevendo um tópico específico, de acordo com a tabela abaixo:

A parte da norma que provavelmente todo profissional da automação terá mais contato é a parte 3, ou IEC 61131-3, que define as 5 linguagens de programação, tipos de dados e estrutura de software.

Se você aprender a IEC 61131-3, pode ficar confiante que aprenderá um padrão global de programação de PLC.

Norma ISA 5.1: Simbologia de instrumentação e identificação

Mais uma padronização que um profissional de automação verá com muita frequência. Mesmo que não a conheça, trabalhará com ela. Por quê? Lembra do famoso fluxograma P&ID, com aquelas linhas, círculos e letras que identificam instrumentos? Tem tudo a ver com a ISA 5.1. P&ID se refere a Piping and Instrumentation Diagram do inglês, ou Diagrama de tubulação e instrumentação.

A ISA 5.1 destina a facilitar a leitura de diagramas de fluxo, identificando através de linguagem gráfica os instrumentos, dispositivos e suas funções, além de funções de software utilizada para monitoramento, controle e medição.

Esta norma, ao contrário que alguns pensam, não é somente para o profissional da instrumentação. A partir de um fluxograma P&ID, é possível que um profissional da automação consiga retirar diversas informações a respeito da programação de um equipamento ou até mesmo de uma planta completa:

Tomando como base a figura acima, conseguimos extrair diversas informações para podermos criar uma aplicação, como:

• O equipamento é uma correia transportadora
• Há acionamento de dois motores, uma sirene
• Este transportador possui as seguintes proteções:
• 2 Chaves de emergência
• 1 proteção por vigia de velocidade
• 2 proteções de rasgo da correia
• 2 proteções de esticamento da correia
• 3 proteções de desalinhamento da correia
• Proteções por temperatura
• Proteção por detector de metais
• Proteção por nível alto no chute de transferência

É bastante informação em uma pequena parte de diagrama, né?

Embora os exemplos mais comuns que vemos de aplicação desta norma sejam com fluxogramas P&ID, a ISA 5.1 se aplica também a outros tipos de diagramas, dentre eles:

• Fluxogramas de Engenharia, Engineering Flow Diagrams (EFD).
• Diagrama de Fluxo Mecânico, Mechanical Flow Diagrams (MFD).

Norma IEC 61850: Integração de IEDs

Se você for trabalhar em projetos de automação de subestações elétricas, muito provavelmente irá se deparar com esta norma. A IEC 61850 define padronizações para troca de informações entre dispositivos inteligentes em subestações (IEDs), independente do fabricante.

Antes de continuar, IED vem de Intelligent Electronic Device, ou Dispositivos Eletrônicos Inteligentes. Pode ser um relé inteligente, inversor, um disjuntor etc. Enfim, todo o dispositivo de um sistema elétrico que possui um processador interno, processa funções avançadas e de comunicação.

Pense em uma subestação ou sistema elétrico onde há vários IEDs de vários fabricantes (cada um com seu protocolo de comunicação proprietário) e é preciso fazer com que todos eles se comuniquem entre si. É preciso muita configuração, dispositivos intermediários (gateways) para traduzirem os protocolos de um IED para outro, além de um esforço enorme de engenharia.

O objetivo da norma é garantir interoperabilidade completa entre estes dispositivos, independente do fabricante e de forma confiável. Para isto ela utiliza de conceitos de comunicação orientado a objetos e a não apenas se trata da comunicação, mas da modelagem de todo o sistema elétrico.

A norma define o sistema elétrico em 3 níveis hierárquicos, de acordo com as funcionalidades dos dispositivos contidos nele:

• Process level: É o nível mais baixo da modelagem e é o nível onde se encontra os dispositivos de entrada e saída de dados, como TCs, TPs,
• Bay level: É onde estão alocados os dispositivos inteligentes (IEDs). Estes dispositivos comunicam com os dispositivos de processo através de um barramento denominado Barramento de processo. Um exemplo é a comunicação de um relé inteligente com um transformador de corrente, para o monitoramento do nível de tensão de um barramento.
• Station Level: contém os sistemas SCADA e HMI; usado para controle e monitoramento da subestação. O nível da estação usa o barramento da estação para se comunicar com os IEDs localizados no nível do compartimento.

Os principais protocolos que a norma define são:

• GOOSE (Generic Object-Oriented Substation Events): Este protocolo é utilizado para enviar mensagens referentes ao estado entre os IEDs. Frequentemente usado para disparo de proteções.
• MMS (Manufacturing Messaging Specification): É utilizado para comunicação entre os IEDs e o sistema SCADA para aplicação, configuração e troca de dados de monitoramento.
• SMV (Sampled Measured Values): Fornece comunicação rápida e confiável de valores de medição, proteção e controle de sistemas de energia principalmente valores analógicos lidos de TCs (transformadores de corrente) e TPs (transformadores de tensão).

Ao contrário do que muitos dizem, a IEC 61850 não é um protocolo, e sim uma norma. E para poder ter uma boa compreensão dela, o profissional terá de ter conhecimentos na área de sistemas elétricos.

Norma ISA-101: Interfaces homem máquina

O profissional da área de automação que irá trabalhar no desenvolvimento de sistemas de interface homem-máquina não pode iniciar um projeto sem ter um conhecimento básico desta norma. A ISA-101 é a norma que discute sobre padronização e melhores práticas que para o desenvolvimento de sistemas de interface homem-máquina (desde pequenas IHMs a complexos sistemas SCADA), abordando as diversas partes do ciclo de vida de um projeto, como definições iniciais, desenvolvimento, implementação, operação e manutenção. Define também melhores práticas para o desenvolvimento de um projeto efetivo, trazendo vários benefícios, como:

• Desenvolvimento de IHMs mais seguras, mais efetivas e consequentemente um controle mais eficiente do processo
• Melhora a capacidade do usuário de detectar, diagnosticar e responder de forma apropriada a situações anormais que estão ocorrendo na planta

Alguns itens tratados pela norma são:

• Hierarquias de menu
• Convenções de navegação de tela
• Definição de gráficos e sistema de cores
• Alarmes e métodos usados para trabalhar com alarmes
• Pop-up, telas de ajuda, dentre outros

Norma IEC 61508: Segurança funcional

Há processos críticos em que a segurança funcional não somente dos dispositivos de campo, mas também da aplicação devem ser asseguradas. E é aí que entra a norma IEC 61508.

Esta norma define um conjunto de requerimentos para garantir que seja fornecido um determinado nível de segurança exigido (SIL) em sistemas críticos em todo seu ciclo de vida: Projeto, implementação, operação e manutenção. E não é aplicável somente para quem irá programar uma aplicação de PLC, mas também é aplicável aos fabricantes de softwares e hardwares.

É muito comum a utilização desta norma em setores industrial, nuclear e qualquer sistema em que uma falha possa causar grandes danos às pessoas, equipamentos e meio ambiente.  A IEC 61508 é um padrão genérico. A partir desta norma, foram criados padrões específicos de setores, conforme imagem a seguir:

Para o profissional de automação industrial que for trabalhar com algum sistema crítico, é necessário muito conhecimento dos conceitos e procedimentos desta norma. Geralmente, esses tipos sistemas possuem diretrizes rígidas de segurança, inclusive de procedimentos de automação (para alterar qualquer coisa na lógica, por exemplo, será necessário um processo muito rigoroso de aprovação, validação e implementação).

Alguns exemplos de aplicações em que a EC 61508 (e suas extensões) é aplicada:

• Sistemas de Fogo e Gás (F&G, ou Fire and Gas)
• Sistema de Gerenciamento de Queimadores (BMS, ou Burner Management System)
• Sistema de Proteção contra Alta Pressão (HIPPS, ou High Integrity Pressure Protection System)
• Controle e Proteção de Turbo-máquinas (TMC, ou Turbomachinery)
• Sistemas de Parada de Emergência (ESD, ou Emergency Shutdown System)

A IEC 61508 não é uma norma fácil de se entender. É um padrão complexo e que exigirá muito esforço e dedicação de leigos para aprendê-lo. Sistemas que requerem conformidade com o padrão precisam de documentações extensas e diretrizes rígidas.

Outra norma que está “em linha” com a IEC 61508 é a ISO 13849.

Norma ISA-88: Controle de batelada

É a norma que fornece diretrizes para sistemas de controle em processos de batelada (processos cíclicos). Setores com este tipo de processo geralmente se adequam à toda, ou pelo menos parte desta norma. Exemplos de setores:

• Setor alimentício (Comida e bebida)
• Setores farmacêuticos
• No geral, setores de produção de produtos onde há “receitas”, como solventes, produtos de limpeza, etc.

O padrão S88 foi criado pela ISA em 1995 e contém terminologias e conceitos que ajudam a organizar os vários elementos de um processo de uma forma modular, o que simplifica análises. Ele utiliza 3 modelos para descrever um processo. Cada um começa com o nível corporativo e vai até o nível dos equipamentos de campo, como apresentado na figura:

• Modelo de processo: Divide um processo em várias estruturas de forma hierárquica
• Modelo físico: É o modelo que modela os equipamentos (ativos) distribuídos em uma planta de forma hierárquica
• Modelo de procedimentos de controle: é o modelo que define os procedimentos que farão o processo funcionar

Entender o modelo físico desta norma ajuda a entender a hierarquia de uma planta, além desenvolvimento de aplicações padronizadas e organizadas.

Ajuda também na fase de interpretação de documentação de projetos: Combinada com a ISA5.1, é possível de enxergar e extrair informações das diferentes estruturas de uma planta contida em um fluxograma P&ID, como áreas, equipamentos e módulos de controle de uma forma organizada. Se quer interpretar melhor um fluxograma P&ID, entenda o modelo físico da norma ISA-88.

Recentemente a ISA publicou a ISA-106, que é uma adequação da ISA-88 (processo em batelada) para processo contínuo.

Norma ISA 61499

É uma norma que está cada vez mais nos palcos do mundo da automação e é a promessa da integração do mundo da IT e OT (TI, tecnologia da informação e TA, tecnologia da automação), além da interoperabilidade entre fabricantes de hardwares e softwares de PLC.

No IEC 61499, o modelo de execução cíclico do IEC 61131 é substituído por um modelo de execução orientado a eventos. Ela também propõe um padrão de aplicação unificado, permitindo a portabilidade do código de uma aplicação de um fabricante A para um fabricante B

Para o profissional de automação: Fique “de olho” nesta norma. Ela é uma tendência que está ficando cada vez mais forte. Está havendo um movimento muito grande pelos principais players de automação no sentido da adoção da mesma, com a promessa da convergência IT/OT e a alavancagem da indústria 4.0. Mesmo sendo publicada em 2005, há pouquíssimos profissionais que tem expertise sobre ela. Está aí uma ótima oportunidade de você sair na frente. Em breve, publicaremos mais conteúdos sobre esta norma para contribuir com o conhecimento de vocês.

Conclusão

Daria para citar várias e várias normas neste post. As normas aplicáveis variam com o tipo de projeto, processo e até mesmo com a localização geográfica. Citamos aqui algumas que são mais comuns de serem citadas. É importante se atentar para as normas que são exigidas nos projetos em que você está trabalhando, para lá na frente não desperdiçar seu esforço desenvolvendo aplicações não conformes ou até mesmo tendo de responder por algum prejuízo físico ou material causado pelo não cumprimento de algum item de uma determinada norma.

Lembrou de alguma norma que não citamos neste post ou gostaria que entrássemos em detalhes em algum item citado? Agradeceríamos muito se pudesse compartilhar conosco. Sintam-se à vontade em comentar.

Até a próxima!