Dados de processos relevantes para tomadas de decisão

Tipicamente, as indústrias geram grande volume de dados em seus processos, incluindo estado de equipamentos como bombas e válvulas, comandos acionados pelos operadores, temperaturas, pressões, níveis de tanques, vazões, entre muitos outros.

Esses dados, coletados em tempo real para supervisão e operação, muitas vezes são armazenados pelos próprios supervisórios. São usados para gráficos de tendência e eventualmente requeridos para relatórios de manutenção, análises de situações específicas e melhorias de processo.

Frequentemente os dados não são centralizados. Acessá-los pode exigir a intervenção de pessoal especializado, com conhecimento do sistema de supervisão e de processos, para obter informações adequadas.

Com a intensificação de situações que requerem acesso e tratamento de dados do processo, transformando-os em informações úteis, muitas empresas têm percebido a necessidade de melhorar e oferecer facilidades para o acesso a esses dados. Elas buscam soluções mais adequadas para sua integração e tratamento. Visam permitir que sejam transformados em informações relevantes, que apoiem análises e tomadas de decisão de diferentes equipes, como produção, manutenção e qualidade, entre outras.

A diferença entre Dados e Informações

O dado coletado de determinado equipamento informa seu valor ou estado em um certo momento no tempo, nada mais. Mas se esse dado for colocado em contexto, pode trazer informações importantes.

Um dado simples de uma máquina ligada ou desligada, quando considerado ao longo de um período como um mês, pode se transformar em informação útil. Por exemplo: tempo de equipamento em funcionamento ou número de partidas para o agendamento de manutenções preventivas. Esse mesmo dado pode se transformar em tempo de parada por turno ou dia. Também facilita análises comparativas que permitam melhorar a produtividade do equipamento. Ou ainda, pode ser visto como custo do equipamento fora de serviço.

Assim, percebe-se que o mesmo dado gera diferentes informações, para diferentes usuários. Tempo de funcionamento é importante para a equipe de manutenção. Já o tempo de parada interessa à equipe de planejamento e produção, enquanto custos são de interesse do pessoal financeiro.

A transformação de um dado em informação é simples do ponto de vista de tecnologia. Porém, é importante observar que muitas vezes essa transformação requer profundo conhecimento do processo e de como cada usuário final precisa ver a informação.

PIMS: Sistema de Gerenciamento de Informações da Planta
(Process Information Management System)

Com a Automação Industrial, mais dados são gerados, mais importante se torna dispor de um meio de registrar, disponibilizar os dados e permitir um tratamento adequado para que esses dados tornem-se informações úteis para cada usuário.

Os dados de processo, porém, têm uma característica bastante específica: tem como base o tempo (ou timestamp). Para a identificação de um valor específico nesses sistemas, basta a escolher um ponto de medição (tag) e um momento de tempo (timestamp).

Bancos de dados convencionais, usados em sistemas de TI, são de base relacional e construídos para obter um bom desempenho no inter-relacionamento de tabelas. Para o armazenamento de dados de processo, um banco de dados temporal como o GE Historian da GE Digital apresenta melhor desempenho. O armazenamento das informações de sistemas de controle, às vezes coletadas com velocidade de frações de segundo, é otimizado. A velocidade de recuperação dos dados e a utilização do espaço em disco também melhoram.

Esses sistemas, historiadores industriais, são muitas vezes chamados de PIMS (Plant Information Management System ou Sistema de Gerenciamento de Informações da Planta). PIMS Permitem o gerenciamento das informações de processo por meio da coleta e armazenamento em seu banco de dados temporal e da posterior visualização por ferramentas gerenciais, como planilhas, relatórios web, portais (Figura 2), etc.

Figura 2 – Exemplo de portal para visualização de indicadores de desempenho

Coleta de dados

Em geral, dados de processo estão disponíveis em duas camadas: nos equipamentos de controle (CLPs – Controladores Lógico Programáveis) e no sistema de supervisão e controle (SCADA). Tipicamente, recomenda-se a coleta a partir do sistema de supervisão e controle, para registrar a mesma informação vista pelos operadores.

No GE Historian, o coletor é instalado junto ao servidor SCADA, obtém os dados do processo e os transfere para o historiador. Esse coletor também armazena dados temporariamente em caso de falha de conexão com historiador. Não são necessários computadores intermediários e o ponto de coleta fica próximo à origem do dado, reduzindo pontos de falha.

Armazenamento de Dados

Os dados obtidos dos coletores devem ter o armazenamento otimizado, caso contrário, o espaço requerido em disco será muito grande. Para tanto, o historiador deve ter mecanismos de compressão de dados.

O GE Historian combina coleta e compressão de dados e reduz o espaço de armazenamento de 20 a 100 vezes, sem perda da informação original. Por exemplo, para armazenar 500 valores de ponto flutuante por segundo, sem banda morta e sem compressão de arquivo, o GE Historian utiliza 73 GBytes por ano de espaço em disco. Já o Microsoft SQL Server precisaria de 528 GB por ano. Com aplicação de banda morta e outros mecanismos de compressão, o GE Historian utiliza de 20 GB a 40 GB por ano, ou seja, menos de 10% do espaço utilizado pelo SQL Server.

Alta Disponibilidade de Dados

Quando se decide pelo uso de um Historiador Industrial, as empresas esperam garantir alta disponibilidade de dados. Independentemente dos requisitos de disponibilidade do servidor para consulta aos dados, a integridade das informações coletadas sempre deve ser preservada.

Para garantir essa disponibilidade, o GE Historian permite a combinação de vários mecanismos:

Store&Forward: quando um coletor de dados perde a comunicação com os servidores do Historian, os dados são armazenados localmente, pelo próprio coletor. Quando a conexão é restaurada, o coletor envia os dados armazenados para os servidores. Desta forma, não há perda de informação.

Redundância de Coletores: quando a fonte de dados é redundante, são instalados coletores nas duas fontes (p.e. servidor GE iFIX primário e backup). Os servidores GE Historian recebem dados do coletor primário. Em caso de falha deste, os servidores, automaticamente, passam a receber dados do seu backup. Adicionalmente, ao assumir a conexão com os servidores, o coletor backup reenvia os últimos minutos de dados para os servidores. As últimas informações do coletor primário desativado são sobrescritas por estas. Assim, evita-se a perda de informação comum nos minutos que antecedem uma falha (por instabilidade do sistema e tempos de timeout).

Redundância de Servidores: O GE Historian oferece alta disponibilidade para arquivamento e consulta de dados. A redundância de servidores assegura o funcionamento ininterrupto. Se o servidor Historian primário falha, o servidor histórico backup o substitui, seja através de espelhamento (Mirror) ou através da tecnologia Microsoft Cluster Server. Os dados ficam armazenados de forma segura em um Storage externo tolerante a falhas, compartilhado pelos servidores. A integridade dos dados e a continuidade operacional são assim garantidas.

Facilidade de Administração e Configuração

O GE Historian permite configuração local ou remota. Se for utilizado o iFIX, sistema supervisório da GE Digital, as variáveis podem ser importadas diretamente de sua base de dados. Nesse caso, atributos associados como descrição, unidade de engenharia, etc são migrados para o GE Historian. A importação facilita a configuração do sistema e reduz o tempo de implantação.

Transformando Dados em Informação

O Historiador Industrial deve fornecer mecanismos que permitam o tratamento dos dados e sua transformação em informação relevante.

Dados de processo têm sempre base de tempo. Por isso, além das tradicionais consultas SQL, é muito importante que o usuário possa fazer consultas consolidadas no tempo. Médias, tempos de operação, totalizações por turno ou dia e outros cálculos baseados em períodos devem ser obtidos facilmente. Para sistemas em batelada ou lote, é preciso identificar o lote e realizar cálculos para o seu período de produção. Essas consultas não devem depender da forma de coleta e armazenamento dos dados. Por exemplo, variáveis armazenadas na mudança de valor, devem permitir consultas em outros horários, de forma transparente para o usuário.

A interface para consultas também é muito importante para facilitar o processo de transformar dados em informação. Para usuários que fazem análises do processo, é importante oferecer consultas sob demanda.  Esse usuário requer criação rápida de novos relatórios e consultas a dados brutos e/ou tratados. Mas para usuários corporativos, dados consolidados em relatórios, gráficos e KPIs são muito mais adequados.

O GE Historian permite acesso através de um conjunto de ferramentas, como Add-in para Excel, portal web, acesso móvel, etc.

O Historiador Industrial também pode ser uma base para análise e otimização do processo. Diversas ferramentas permitem que o usuário utilize dados históricos para gerar modelos. Esses modelos de processo podem ser utilizados para buscar os melhores parâmetros de controle, gerar de alarmes inteligentes e criar sensores virtuais, melhorando a qualidade e eficiência da produção.

Existem muitas possibilidades de tratamento de dados. As informações obtidas deles podem ser ferramentas gerenciais importantes, com alto valor agregado. Os ganhos são reais. São comuns casos de sucesso com melhora de indicadores de manutenção devido ao agendamento inteligente da manutenção, economia de energia, uso otimizado de recursos e de matéria prima, além da melhor adequação às normas específicas da indústria.

Márcia Campos, Aquarius Software
mcampos@aquarius.com.br