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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
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Evolução Tecnológica e o impacto nos sistemas de controle e digitalização
Video streaming
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• Faz ligações
• Internet
• Jogos
• ...
Hardware simplificado,
padronizado, multi-função,
acessível, flexível...
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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:
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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.
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... e a “espinha dorsal” dessa revolução industrial
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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
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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?
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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
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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
$ $ $
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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
$ $ $
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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
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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
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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
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Beckhoff – Reforma de máquina e integração com MES/ERP
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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.
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… minimizando o tempo de resposta
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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 …
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... pelo que são conhecidas...
© svort - Fotolia.com
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… e como o XFC otimizou o controle de pressão …
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… 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!
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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
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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”.
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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
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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
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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.
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Tecnologia de controle no PC: evolução gradual sem perda de investimento
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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
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Beckhoff Automação: O que fazemos?
Há mais de 30 anos desenvolvemos e
comercializamos a tecnologia de controle no PC.
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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.
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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
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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
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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
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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
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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
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Fato 3: Fusão da Automação com Tecnologia da Informaçãp
Quais as conseguências na fusão de T.A com T.I?
IT powered Automation
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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
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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
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… 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.
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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
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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
1 2 3 4
PC Control: Suas perguntas, por favor...
Perguntas?
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Os especialistas em Controle Baseado em PC agradecem sua participação
Muito obrigado!
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