Dale Ruckman, Metso Automation.

Nas últimas décadas, o aumento da demanda por óleo e gás tem expandido novos investimentos na perfuração em alto mar e em atividades de produção. Também existe uma maior ênfase em regulamentações devido a acidentes com o ocorrido no Deepwater Horizon no Golfo do México. Isso aumentou a necessidade por navios de suporte, que estão sendo solicitados em grande número para apoiar as plataformas marítimas com materiais necessários à perfuração e produção, assim como o suporte de emergência, no caso de ocorrências ou de uma operação disfuncional.

Com o aumento dos requerimentos e maiores demandas por navios de suprimento, as tecnologias de rede estão sendo adotadas para aumentar a produtividade das embarcações. As redes de comunicação de válvulas estão tornando-se o método preferido para a instalação de válvulas automatizadas em processos industriais, incluindo os setores de petroquímica, farmacêutico e de biocombustíveis. As mesmas razões que as tornam desejáveis em plantas industriais, também as tem colocado como preferidas para aplicações marinhas:

• Rede de comunicação de válvulas reduzem grandemente os custos de cabeamento;
• Instrumentos e válvulas são mais fáceis de instalar;
• O tempo e a mão de obra necessários para o comissionamento de instrumentos inteligentes e extração de válvulas estão sendo reduzidos significativamente;
• As válvulas inteligentes interligadas em rede podem prover informações mais rápidas a respeito de sua própria condição.

Dessa forma, os técnicos não precisam movimentar-se até as áreas de difícil acesso no navio para detectar problemas ou para fazer diagnóstico das válvulas.

A solução de comunicação de válvula para aplicações marinhas inclui o terminal de comunicação de válvula, o VCT (Valve Communication Terminal), com uma válvula solenoide integrada com monitor de posição num só módulo, e componentes de rede que ligam o sistema de controle do navio ao VTC por meio de um protocolo de comunicação de rede. Um grande exemplo de VCT é o Axiom e um modelo de componentes inclui o FieldLink Bus Protection Module (BPM) e um gateway, ambos do centro de produtos StoneL da Metso. Os fabricantes mundiais de navio têm começado a adotar as redes de comunicação de válvula e percebem seus benefícios. Centenas de navios são agora equipados com redes de comunicação de válvula embarcados acima e abaixo do deque numa vasta gama de aplicações.

Superando as expectativas dos construtores de navios

Uma solução completa de comunicação de válvula deve endereçar as preocupações dos construtores de navio e prover vários benefícios. (Veja a Figura 2)

300 válvulas on/off automatizadas

Requerimentos de instalação

• Cabo – 1.500 (convencional)/ 20 (rede cabeada)
• Serviço, tempo de trabalho. – 1.500 horas de trabalho (convencional)/ 300 horas (cabeada).
• Espaço – 1.200 pontos I/O (convencional) / 4 Gateways máster (cabeada)

 
Custos de cabeamento: o sistema de controle convencional requer quilômetros de cabo e de fios e um número considerável de I/O. Cada dispositivo de controle do processo tem que ser individualmente cabeado com mais de cinco conexões. Nesse modelo, um navio com 300 válvulas on/off automatizadas iria querer 1.500 cabos e 1.200 pontos I/O. Já numa rede de interface AS de 300 válvulas on/off automatizadas vai exigir apenas 20 cabos, tornando-se consideravelmente menos cara. Adicionalmente, ela reduz fortemente a necessidade de infraestrutura de gabinetes para os pontos I/O.

Espaço e peso: o labirinto de cabos num navio industrial limita severamente a disponibilidade de espaço a bordo. Pela redução do número de cabos requeridos por válvula, a rede com AS-Interface é uma solução que reduz o espaço de cabeamento por cerca de 80%.

Trabalho de instalação: diferentemente de exigir várias horas de instalação e teste de uma simples válvula, a rede cabeada leva menos do que uma hora e uma só pessoa pode ser contratada para essa tarefa, em vez de três ou quatro.

Eficiência do comissionamento: durante um curto intervalo, centenas de pessoas podem trabalhar para movimentar os componentes, instalando vários sistemas, fazendo a solda de várias conexões e o cabeamento de várias válvulas. A comunicação nas redes com o protocolo Bus torna esse processo mais rápido e eficiente, ao isolar problemas numa rede de válvulas sem precisar enviar uma equipe até o campo para examinar individualmente os dispositivos.

Considerando questões marítimas
Para fazer a transição para a rede de comunicação de válvulas, os construtores ou proprietários do navio devem superar alguns problemas reais e percebíveis que existem em terra, mas que são aumentados em instalações marítimas. Os dispositivos de controle e de comunicação de válvulas devem ser usados individualmente, ou em combinação, para atender os seguintes requisitos:

• Segurança: numa situação de emergência a bordo, incluindo colisão ou fogo, é essencial proteger a rede de válvulas, que rapidamente atua em posições de segurança pré-determinas. Usando as VCTs como a Axiom, pode-se remotamente ativar sinais pneumáticos para direcionar a principal válvula piloto numa condição pré-determinada, independente do status da bobina ou da válvula piloto. Essa solução também dá aos operadores a habilidade de repor manualmente qualquer uma das válvulas até a sua posição segura, tanto local quando remotamente.
• Requerimentos à prova de explosão: em aplicações de deque superior, as exigências típicas são de até 316 caixas de aço inoxidável para atender os requerimentos à prova de explosão. Isso garante que a solução seja extremamente durável e bastante apropriada para uso em ambientes corrosivos em alto-mar e também submetidos às grandes marés.
• Redundância de rede: sem uma redundância, o corte de cabo ou um curto-circuito pode resultar, imediatamente, na perda de um dispositivo de rede a bordo. Usando a topologia em loop, junto com uma rede de interface AS, pode-se construir uma redundância. A topologia em loop permite uma comunicação de caminho duplo com o controlador. Se o cabo é cortado em algum lugar do loop, os dispositivos em campo continuam a se comunicar e operar normalmente. Essa redundância aumenta significativamente a segurança, reduzindo, ao mesmo tempo, as perdas de controle de processo.
• Proteção contra curto-circuito: Os reparos de curto-circuito e as difíceis localizações deles são algo do passado. Com uso do FieldLink Bus Protection Module (BPM) da Metso, os curtos-circuitos são identificados e isolados, tanto nas conexões de rede derivada, como na rede principal de loop, permitindo que o controle de processo continue a funcionar normalmente.

Figura 3: O Sistema pneumático integrado do Axiom é adequado tanto para atuadores retorno por mola ou dupla ação.  O design exclusivo da válvula pneumática disponibiliza ainda a funcionalidade de ‘respiro’, apenas para atuadores retorno por mola.  O Axiom interligado através de seu manifold conectado ambos os lados do atuador irá impedir a ingestão água salgada ou outros contaminantes pelo atuador.

Adaptando uma tecnologia comprovada
A maior parte das tecnologias para dispositivos de rede de comunicação de válvulas utilizadas em navios foram transferidas de aplicações de base industrial, onde têm sido usadas por mais de uma década. Desde que foi adaptada para uso em navios, várias melhorias foram incorporadas para aumentar a redundância, segurança e a produtividade de instalações em vários espaços confinados. Há muitas aplicações marítimas, incluindo militares, nas quais as colocações de válvulas e outros equipamentos podem aumentar substancialmente os custos-benefícios, além de eficiências operacionais e redução de custo de manutenção e segurança. Os navios de serviços em alto mar e as plataformas marítimas estão, na verdade, abraçando as soluções de comunicação de válvulas e seus ganhos, incluindo necessidade mínima de espaço, maior eficiência e uma diminuição do tempo de implantação.

BOX AZUL: “As redes de comunicação de válvulas reduziram dramaticamente os custos de cabeamento. Adicionalmente, os instrumentos e as válvulas inteligentes são mais fáceis de instalar, levando a redução considerável de tempo e de requerimentos de mão de obras para comissionamento. As válvulas inteligentes em rede também podem prover informações mais rápidas a respeito de sua condição. Dessa forma, os técnicos não precisam se deslocar para áreas de difícil acesso nos navios a fim de detectar problemas ou diagnosticá-los”.
 

Figura 4: FieldLink Metso BPM ‘Bus Protection Module’ opera com a AS-Interface para identificar e isolar um curto circuito entre qualquer conexão ‘drop’ ou ‘loop’ da rede principal permitindo com que o resto dos dispositivos funcione normalmente. Associado ao Axiom, o BPM aumenta a segurança ajudando a evitar perda de controle de processo. Isto reduz tempo de inatividade, aumentando, assim, a produtividade.
 

Figura 5: O sistema de solenoide integrado do Axiom opera com menos de 0.6 watts de potência e o sistema de válvula pneumática integrado opera com suprimento de ar padrão com 0.7 e 1.2 Cv para operar a válvula rapidamente.
 

• Não corrosão interna no atuador: O design exclusivo do Axiom ‘VCT’ da Metso possui a funcionalidade ‘respiro’ (ver Figura 3). O Axiom interligado através seu manifold conectado ambos os lados do atuador fazendo com que a ingestão de elementos corrosivos que pode estar presentes no ar ambiente, tais como sal ou vapores químicos pode ser eliminados.
• Proteção da rede: o FieldLink BPM, da Metso, trabalha com a rede AS-Interface para identificar e isolar um curto circuito na VCT ou no entroncamento principal bus (veja Figura 4). Quando ocorre uma falha em dispositivos de campo ou segmento bus, eles são isolados, permitindo que os dispositivos remanescentes e a rede continuem a funcionar normalmente. Bandeiras eletrônicas vermelhas aparecem na tela do BPM, direcionando as equipes de manutenção até o cabo com falha e acelerando o reparo ou a troca do dispositivo. Quando usada em combinação com o Axiom VCT, da Metso, com solenoide dupla com pistão ‘vai-e-vem’ para permanecer na última posição, o BPM melhora a segurança, ajudando a prevenir perdas no controle de processo. Isso reduz o tempo de parada e aumenta a produtividade.
• Diagnósticos: a unidade de diagnósticos da Axiom é uma VCT que inclui capacidades adicionais para monitoramento do suprimento de ar primário e do solenoide integral (veja a Figura 5). Assim como a válvula de alto fluxo do tipo carretel e das operações de controle de processos da válvula. Essas condições podem ser monitoradas tanto localmente quanto remotamente através do sistema de controle do software HMI do próprio navio.
• Comunicação de válvulas: a Axiom VCT utiliza qualquer um dos quatro principais protocolos de rede, o AS Interface, o Device NET, o Foundation Field BUS ou o ModBus. Adicionalmente, ela reduz bastante o tempo e o custo de instalação, requer também consideravelmente muito menos pontos I/O, tem capacidade básicas de diagnóstico e permite múltiplos dispositivos, dependendo do tipo protocolo, podendo ser conectada a uma rede de uma topologia de cabos única/simples.
• Controle pneumático “Fail Safe”: o Axiom, com o seu solenoide pneumático integral, oferece a opção de controle pneumático fail safe, que automaticamente posiciona a válvula numa posição pré-determinada de perda de energia elétrica ou de comunicação. As opções incluem fail aberto, fail fechado ou a posição fail-in-last.
• Atendendo as demandas de major class: O FieldLink Bus Protection Module (BPM) e a Axiom VCT foram projetados e inspecionados para atender todos os requerimentos da guarda costeira dos Estados Unidos e da ABS assim como todos aqueles de emergência e as indicações e controles de válvulas locais.