Modos de falha em sistemas de automação industrial – um cenário completo
A automação industrial transformou todos os níveis de produção em segmentos mais eficientes e precisos. No entanto, a automação, apesar dos seus pontos positivos, não é resistente a falhas. Compreenda os tipos que ocorrem com frequência e as suas principais causas para tornar a vida mais fácil e diminuir o risco.
Visão Geral da Automação Industrial
Sistemas de automação industrial são projetados para suavizar os processos de produção, aumentar a fiabilidade e garantir operações precisas. No entanto, a sua alta complexidade e dependência de vários fatores tornam-nos suscetíveis a alguns tipos de falhas que têm um grande impacto na produção. Conhecer os tipos de falha mais importantes é crucial, uma vez que medidas básicas para prevenir tais casos devem ser consideradas para garantir a fiabilidade do sistema.
Erro humano: a causa raiz das falhas de automatização
O erro humano continua no topo da lista das principais causas de falha do sistema de automação. Uma série de responsabilidades de um operador incluem a HMI – Interface Homem-Máquina, SCADA – Controlo de Supervisão e Aquisição de Dados e gestão do desempenho do sistema; portanto, os operadores podem cometer erros num ambiente de elevado stress e pressurização devido à fadiga ou à falta de formação. Os fatores contribuintes comuns são o stress devido a turnos prolongados, pessoal mal ou pouco treinado a lidar com um sistema sofisticado, HMI não fácil de utilizar e, portanto, muito confusa.
- Falta de SOPs
Erros de programação: uma ameaça silenciosa à integridade do sistema
Os erros de programação podem ter impactos de longo alcance nos sistemas de automação. Um único erro na programação do PLC, SCADA ou HMI pode levar a inconsistências ou bugs nas operações que não são descobertos até interromperem o sistema. Isto resulta no manuseamento incorreto de dados, no mau funcionamento da lógica do processo ou até mesmo em encerramentos do sistema.
Exemplos de questões relacionadas com a programação incluem:
- Limites de contador definidos incorretamente que fazem com que os contadores congelem
- Planeamento deficiente a longo prazo, em que a expansão futura do sistema excede os limites iniciais do projeto
Falhas de hardware: a vulnerabilidade física
Os componentes de hardware como PLCs, HMIs e VFDs são vitais no funcionamento dos sistemas de automação. Com o tempo, a exposição a ambientes agressivos, picos de energia e danos físicos podem causar falhas de hardware. A manutenção adequada e o stock de peças sobressalentes são essenciais para evitar tempos de inatividade prolongados quando o hardware falha.
As causas comuns de falhas de hardware incluem:
- Exposição ambiental ao calor, humidade ou poeiras
- Picos de energia ou curtos-circuitos
- Danos físicos durante o manuseamento ou devido a impactos externos
Falhas de rede: a espinha dorsal dos sistemas de automação
A maioria dos sistemas de automação industrial depende de uma infraestrutura de rede robusta para a comunicação entre dispositivos. A falha da rede devido a conexões quebradas, má qualidade de sinal ou até mesmo ataques cibernéticos resulta em perdas de dados e perturbações no desempenho do sistema. A fraca segurança da rede também coloca o sistema em risco de ataques cibernéticos.
Os fatores que contribuem para a falha da rede incluem:
- Perda de energia para routers e switches de rede
- Cabos de comunicação de baixa qualidade ou antigos
- Falta de medidas de cibersegurança
Falhas em instrumentos de campo: os sensores da linha da frente
Os instrumentos de campo incluem todas as válvulas, sensores e atuadores que desempenham um papel indispensável na recolha de dados e no controlo dos processos. A sua falha em funcionar adequadamente devido a desgaste, fatores ambientais ou calibração incorreta leva a leituras incorretas da saída, resultando em avarias do sistema e baixa qualidade de produção.
Algumas causas comuns de avarias em instrumentos de campo são as seguintes:
- Desgaste ao longo do tempo
- Erros de calibração ou desvio na precisão do sensor
- Danos físicos causados por fatores externos
Falhas no Painel PLC: Avaria no Centro de Controlo
O painel PLC, que alberga todos os componentes elétricos e eletrónicos, é fundamental para o funcionamento do sistema. Falhas no painel devido a tensão inadequada, picos elétricos ou danos físicos podem interromper o funcionamento do sistema, necessitando de serviços de reparação especializados. Estas falhas geralmente levam a tempos de inatividade dispendiosos.
As causas comuns de avarias do painel PLC incluem:
- Tensão de alimentação inadequada
- Picos elétricos ou interferência de ruído
- Exposição ambiental ou danos físicos
Falhas Baseadas na Idade: A Deterioração Silenciosa do Sistema
À medida que os sistemas de automação industrial envelhecem, os seus componentes deterioram-se e podem falhar. Programas de manutenção inadequados e a indisponibilidade de peças de reposição para componentes mais antigos podem acelerar ainda mais o desgaste relacionado com a idade. Este tipo de falha pode não ser crítico no momento, mas pode levar a avarias inesperadas se for negligenciado.
As causas comuns de insucesso com base na idade incluem:
- Desgaste mecânico em peças móveis
- Deterioração dos componentes eletrónicos devido ao tempo
- Falta de manutenção proativa
Falhas gráficas: consequências na interface do utilizador e nas operações
Os operadores confiam muito nos gráficos e nas interfaces de utilizador das HMI ou dos sistemas SCADA. Uma falha nestes sistemas, como ecrãs tácteis que não respondem ou ecrãs tremeluzentes, pode prejudicar seriamente a capacidade do operador de controlar ou monitorizar o sistema. Isto resulta em operações ineficientes e riscos de segurança.
Os problemas comuns relacionados com gráficos são:
- Ecrãs tácteis que não respondem ou perda da funcionalidade de toque
- Ecrãs tremeluzentes ou distorcidos
- Avaria do display que afeta pontos críticos de controlo
Conclusão: Resolvendo Falhas na Automação Industrial
Embora as falhas em sistemas de automação industrial sejam inevitáveis, compreender as suas causas e preparar-se para elas pode minimizar o seu impacto. A manutenção regular, o treinamento dos funcionários e as atualizações do sistema são essenciais para garantir que o sistema de automação funcione de forma suave e eficiente.
