GLAUCO DINIZ DUARTE – Usina hidrelétrica com tecnologia inteligente de cabeamento mais rápida na rede
É difícil imaginar a engenharia mecânica e plantas de produção sem a IO-Link como facilitadora de conceitos eficientes da Indústria 4.0. Usinas hidrelétricas também podem ser cabeadas de maneira rápida e eficiente com IO-Link: Na barragem de Mount Coffee na Libéria, no oeste da África, uma instalação inteligente IO-Link conecta dúzias de sensores e atuadores em longos trechos.
Simples e com economia de tempo e custo. Nesse meio tempo, a operadora da hidrelétrica conheceu e aprendeu a valorizar as vantagens da IO-Link também no diagnóstico e na manutenção. A solução integrada de cabeamento das parceira de projeto Andritz Hydro e Balluff tem o potencial de ser colocada em uso futuramente também em outros projetos de usinas.
Em dezembro de 2016, finalmente aconteceu: depois de mais de 20 anos de interrupção, foi acionada a primeira turbina e, por ora, é possível armazenar 22 megawatts na rede de energia para cada uma das quatro turbinas. As origens da barragem de Mount Coffee, localizada 30 quilômetros a nordeste da capital Monróvia, recuam longe no passado: a barragem anterior foi terminada em 1966, mas durante a Guerra Civil da Libéria, entre 1989 e 2003, foi quase totalmente destruída. Quando a Liberia Electricity Corporation (LEC) concedeu, em junho de 2014, o contrato de reconstrução a um consórcio internacional de empresas, já tinha literalmente crescido grama em várias partes da instalação.
Juntamente com outras empresas, a empresa austríaca Andritz Hydro foi encarregada de reconstruir a usina em Saint Paul River. Como fornecedor global de maquinário eletromecânico completo e de serviços para hidrelétricas, a Andritz Hydro é uma das maiores empresas do mundo no mercado de geração de energia hidráulica. A Andritz Hydro pode se orgulhar de mais de 170 anos de experiência e ocupa cerca de 7.300 colaboradores em várias sedes no mundo todo.
Durante a revitalização da hidrelétrica, a Andritz Hydro estava responsável por toda a construção hidráulica de aço, incluindo toda a eletrônica, a tecnologia de propulsão e o controle. A empresa renovou também as 10 comportas radiais da barragem e também as quatro comportas de entrada para as turbinas. As comportas radiais servem para regulagem do nível da água no montante da barragem e são operadas por sistemas de polias de cabos de aço. As comportas de entrada servem para fornecimento de água para as turbinas e para bloqueio do fluxo (fechamento de emergência) em caso de falha como, por exemplo, quando do rompimento de uma tubulação de pressão. A propulsão é hidráulica. Além disso, há também unidades de propulsão elétricas e hidráulicas, bem como diversos sistemas de apoio.
A barragem Mount Coffee, com seus 160m de comprimento e 10 comportas radiais de 15m de largura cada, não é nem de longe a maior do seu tipo. Contudo, por toda a barragem devem ser coletadas dúzias de sinais analógicos e digitais por longos trechos e disponibilizadas ao nível de controle.
“No que diz respeito à complexidade, às inúmeras tarefas realizadas na periferia e a interligação necessária para isso, essa barragem não é fundamentalmente muito diferente de uma instalação industrial bastante ramificada”, ressalta Bernd Schneider, gerente industrial de energia da Balluff. Há 10 anos, a empresa especializada em automação industrial e de fábricas com um amplo portfólio – que vai do simples sensor, passando por sensores de posição até soluções inteligentes RFID – já tinha percebido que IO-Link era o padrão apropriado para resolver a emergência na comunicação e eliminar a confusão de cabos entre os níveis de barramento e de processo.
Como conexão ponto a ponto com alto grau de padronização, a interface universal já é indispensável para a Balluff e seus clientes. Se houver pelo menos um cabeamento simples, o panorama geral e os mais altos requisitos em diagnóstico e parametrização ficam no topo da lista. E hoje em dia este é quase sempre o caso em instalações com alto grau de automatização.
De fato, a Andritz Hydro e a Balluff estão unidas há vários anos por uma parceria na área da construção de turbinas, mas a IO-Link até então ainda não tinha sido utilizada. O tempo e uma crescente pressão por custos também são temas centrais na construção de usinas. Lá, também é prioridade que os integradores de sistemas verifiquem seus componentes em casa, no contexto de uma pré-colocação em funcionamento antes que eles tenham que ser montados longe de casa, no mais curto tempo, colocados em operação e funcionarem em toda a instalação bem e sem falhas.
“De fato, neste ramo, ainda se faz cabeamento clássico com cabos de cobre por caixas de conexões intermediárias até o nível de controle – com um enorme gasto de material e de tempo”, diz Berthold Wiesinger, engenheiro eletricista responsável da Andritz Hydro. Uma apresentação sobre IO-Link da Balluff foi convincente: a Andritz Hydro desenvolveu, juntamente com os técnicos da sede austríaca da Balluff, um conceito eletrônico pertinente que tinha como objetivo o cabeamento simples, a padronização e a modularidade.
Em cada uma das 10 comportas radiais e 4 de entrada estão instalados dois Master IO-Link Balluff em um armário, que coletam até 20 sinais diferentes em campo. Entre eles estão interruptores de fim de curso e de posição indutivos ou mecânicos, sensores para detecção do movimento giratório dos gates radiais, válvulas de controle, regulagem e bloqueio, lâmpadas de sinalização e interruptores iluminados. Dois Master IO-Link estão montados para cada estação hidráulica para conectar ali também, de maneira simples, os sensores e atuadores envolvidos. Sem exceção, todos os componentes em campo são conectados com um tipo de cabo padrão com três vias e com conectores M12 unificados. Onde não for possível processar sinais analógicos de um sensor qualquer, um interruptor intermediário compacto da Balluff converte o sinal analógico em um sinal digital sem ruído. Por meio das linhas derivadas de um Master IO-Link Balluf, os dados chegam por PROFIBUS DB até o nível de controle. Como o sistema é projetado de maneira redundante e a barragem para elevação está dividida em duas, só é necessário cobrir um máximo de 75 metros.
“As vantagens se tornam visíveis rapidamente: como temos que conectar apenas cabos padronizados em vez de ter que passar cabos, gastamos menos da metade do tempo que gastaríamos se tivéssemos que passar os cabos. Com IO-Link, você pode testar previamente cada módulo e só precisa conectar no local, isso reduz sensivelmente os custos”, diz Berthold Wiesinger com convicção. Erros de cabeamento estão praticamente excluídos, a filosofia de cabeamento IO-Link poupa espaço e cria um panorama geral. Justamente empresas internacionais valorizam a vantagem de a IO-Link poder ser utilizada fundamentalmente com qualquer sistema de barramento: a estrutura completa abaixo do nível do barramento é sempre a mesma, apenas os nós devem ser adaptados conforme o país.
A interface de comunicação bidirecional, por outro lado, também garante uma melhor transparência: a IO-Link emite mensagens de diagnóstico localizáveis de maneira unívoca, o que proporciona uma correção rápida de falhas e defeitos e com isso tempos muitos curtos de interrupção. “Por alguma razão qualquer, tivemos um problema com um hub de entrada durante a fase de inicialização: ele simplesmente foi trocado por um colaborador e implementado novamente. A seguir o hub recebeu seus dados do Master IO-Link, que armazenou os valores relevantes de parâmetros. Após uma curta interrupção, o sistema estava novamente pronto para operar com toda potência”, diz Berthold Wiesinger. É vantajosa, sobretudo, nos locais onde os sistemas não estão diretamente à porta de casa e uma grande parte das tarefas pendentes podem ser realizadas também por colaboradores não especializados. Graças à IO-Link, a manutenção remota é possível até no nível de processo. Além de diagnósticos claros e medidas e instruções direcionadas em casos de falhas, os conceitos de manutenção preventiva são fáceis de colocar em prática.
Berthold Wiesinger já está pensando um passo adiante: o sensoreamento inteligente vai melhorar ainda mais a disponibilidade dos sistemas no futuro. “Sensores que medem a temperatura e a umidade do óleo, monitoram temperatura e rolamentos em motores sob alta demanda, e notificam automaticamente sobre intervalos de manutenção pendentes, no futuro, vão ganhar em importância também no nosso ramo.”
A oferta de produtos IO-Link universalmente aplicáveis cresce rapidamente hoje em dia. Para o usuário, isso é acompanhado por outras possibilidades de otimização em cabeamento, diagnóstico e parametrização. “A Balluff oferece, por exemplo, um hub analógico com o qual, entre outas coisas, é possível conectar sensores de temperatura diretamente a um módulo. Com a nova solução de segurança ‘Safety over IO-Link’, agora é possível conectar diretamente dispositivos adicionais seguros de maneira fácil, através de IO-Link e Profisafe. A vantagem disso é que, com o conceito de cabeamento padronizado, futuramente será necessária apenas uma infraestrutura para a tecnologia de automação e segurança. E tudo isso com o maior nível de segurança até PLe/SIL3”, reforça Mario Ober, que era responsável no local por parte da sede austríaca da Balluff.
Para Berthold Wiesinger, é inquestionável o fato de que IO-Link será cada vez mais utilizada em projetos de construção e renovação. Especialmente se cada vez mais instalações vierem nos próximos anos e conceitos modernos de controle e eletrônica forem demandados.
