(English version at the bottom)
Tive o prazer de bater um papo com Alexandre Ribeiro Silva, engenheiro eletricista, consultor e instrutor de automação industrial. Conversamos sobre a sua trajetória profissional e as suas décadas de experiência trabalhando nesse setor.
Após se formar em engenharia elétrica, no início dos anos 90, Alexandre começou a trabalhar como projetista de sistemas elétricos industriais, realizando projetos de retrofit de máquinas para o setor de manufatura de componentes automotivos. Nessas máquinas, o retrofit consistia em substituir o antigo controle elétrico, o qual era realizado principalmente por meio de contatores, relés e temporizadores, por um sistema automatizado controlado por um Controlador Lógico Programável (CLP). Ele acompanhou não somente as etapas de projeto elétrico do sistema, mas também as instalações em campo e comissionamento, inclusive da parte de automação.
Da mesma maneira que os computadores pessoais evoluíram bastante desde os anos 90, com aumento exponencial de capacidade de processamento computacional e memória, além de refinamento estético, o mesmo ocorreu com os CLPs. Alexandre se especializou nos CLPs da marca Siemens, muito utilizados em diversas indústrias, e teve seus primeiros contatos com dispositivos da geração chamada Simatic S5, lançados no final dos anos 70. Em meados dos anos 90, a Siemens introduziu a sua nova geração de CLPs, Simatic S7, tornando progressivamente a Simatic S5 obsoleta. Esse período coincidiu com a fase em que Alexandre trocou de emprego e virou engenheiro autônomo. Nessa fase, destacam-se dois projetos que ele realizou em setores distintos. O primeiro, foi o projeto de automação de uma linha de processo de moagem de trigo. Os desafios maiores desse projeto foram: cumprir o curto cronograma e manter o fornecimento conforme contrato, sem desvios de projeto. O segundo projeto consistiu em realizar o comissionamento de uma célula automatizada para uma montadora automobilística. Alexandre precisou rapidamente se adaptar aos padrões de programação estabelecidos pela montadora e às novas tecnologias usadas no projeto, como, por exemplo um leitor de dados RFID que fazia a identificação de um bloco de motor, e em seguida, a leitura e escritura dos seus dados de rastreamento. A dificuldade técnica maior nesse projeto foi integrar com sucesso o sistema RFID, pois na época poucos profissionais conheciam essa tecnologia.
Conhecendo a fundo os CLPs Simatic S7, alinhado a um interesse pessoal por ensinar, Alexandre decidiu se tornar um instrutor dessa tecnologia chave para as indústrias. Alexandre observou uma falta de conhecimentos de base de vários profissionais da área. Ele acreditou que esse seria portanto um setor que haveria procura por serviços nessa área. Por isso, ele acredita na importância de reforçar bem as bases de seus clientes antes de almejar conhecimentos avançados. Isso evitaria a criação de lacunas importantes na formação do profissional de automação. Ele considera alguns dos conceitos de base para um programador de CLP: entender as diferenças entre os vários tipos de dados, bem como noções de protocolos de comunicação industrial, como o endereçamento IP e máscaras de sub-rede. Além disso, também fazem parte desse nível de conhecimento a capacidade de realizar uma configuração básica da arquitetura de hardware de um projeto simples e o domínio dos blocos mais usados na programação, tais como: lógica booleana, contadores e temporizadores.
Focando nos dispositivos Simatic S7, Alexandre se especializou em ensinar os seguintes tópicos: programação de CLP, interface homem-maquina (IHM), sistemas supervisórios, redes industriais e programação de sistemas de segurança. Um dos temas mais criticos é a programação de sistemas de segurança. Alexandre comentou haver uma grande lacuna de conhecimento nessa área. Vale lembrar que o programador é responsável, penalmente, pela norma EN ISO 13849-1 (Segurança de máquinas: partes relacionadas à segurança dos sistemas de controle) [1], pelo correto controle do sistema. Uma programação equivocada, tal como um botão de emergência que não desenergiza corretamente um determinado motor, pode causar acidentes graves e até mortes, além de colocar em risco instalações e processos industriais. Alguns erros comuns que Alexandre encontra são: o desuso de blocos certificados para funções de segurança, a configuração indevida de reset automático, o desuso de blocos de dados (DataToSafety e DataFromSafety) para a troca de dados com o programa seguro, e o uso de sinais não seguros para tomadas de decisão de funções de segurança.
Além disso, apesar de não impactar na segurança da aplicação, Alexandre observa serem usados sinais digitais comuns, como reset e feedback do motor, em entradas seguras, aumentando o custo, sem motivos, de uma instalação. Um conceito chave para esse tipo de aplicação é: entender que o programa tem que receber os dados seguramente, em cartões de entrada seguros, processar esses dados com blocos certificados, tais como ESTOP1, SFDOOR, de modo a fixar os atuadores do sistema, como motores ou pistões, em modo seguro, por meio de funções como FDBACK, STO. Um projeto de segurança bem-sucedido consiste normalmente em um trabalho de equipe multidisciplinar, liderado pela pessoa responsável pela análise dos riscos e a identificação das funções de segurança do sistema, alinhado com engenheiros mecânicos, eletricistas e de automação. Dessa forma é possível considerar os diferentes aspectos do projeto de modo a atingir o grau de segurança desejado, como, por exemplo, PLe (Performance Level) ou SIL3 (Safety Integrity Level). Muitas vezes o controle efetuado está estreitamente ligado ao projeto elétrico do sistema.
Nossa conversa se concluiu com algumas dicas para quem estiver começando a montar seu próprio padrão de programação, seja como engenheiro de automação autônomo ou em uma empresa. Em um primeiro momento, Alexandre recomendou estudar uma variedade de projetos e aplicações, bem como os exemplos de bibliotecas disponibilizados pela Siemens, como a Siemens Open Library. Em seguida, é aconselhável realizar uma refatoração e lapidação desse código, de modo a padronizá-lo, prestando bastante atenção para as abstrações das classes, além das interfaces dos blocos de funções. No TIA Portal existe a funcionalidade integrada de bibliotecas, a qual é muito prática para o controle de versão das funções e blocos desenvolvidos. Por fim, o objetivo maior de uma empresa, ou programador autônomo, é entregar projetos de uma maneira eficiente, agregando valor ao cliente. Para isso o engenheiro deve estar confortável com seu código de modo a poder desenvolver projetos e comissioná-los seguramente e no menor tempo possível. Técnicas de programação como modularização do código, realização de testes e simplificação para debug ajudam a alcançar esses objetivos.
I had the pleasure of chatting with Alexandre Ribeiro Silva, an electrical engineer, consultant, and industrial automation instructor. We talked about his professional trajectory and his decades of experience working in this sector.
After graduating in electrical engineering in the early 90s, Alexandre started working as a designer of industrial electrical systems, delivering machine retrofit projects for the automotive components manufacturing sector. In these machines, the retrofit consisted in replacing the old electrical control, which was carried out mainly by means of contactors, relays, and timers, by an automated system controlled by a Programmable Logic Controller (PLC). He followed not only the system's electrical project stages, but also the field installations and commissioning, including the automation part.
In the same way that personal computers have evolved a lot since the 90s with exponential increases in computational processing capacity and memory, besides aesthetic refinement, the same happened with PLCs. Alexandre specialized in Siemens PLCs, widely used in several industries, and had his first contacts with devices from the generation called Simatic S5, launched in the late 70s. In the mid 90s, Siemens introduced the new PLC generation, the Simatic S7, progressively making the Simatic S5 obsolete. This period coincided with the phase in which Alexandre changed jobs and became a self-employed engineer. In this phase, two projects that he carried out in different sectors stand out. The first was the automation project of a wheat milling process line. The major challenges of this project were: to meet the short schedule and maintain the supply according to the contract, without project deviations. The second project consisted in the commissioning of an automated cell for an automotive manufacturer. Alexandre had to quickly adapt to the programming standards established and to the new technologies used in the project, such as an RFID data reader that identified an engine block, and then read and write its tracking data. The biggest technical difficulty in this project was to successfully integrate the RFID system, because at the time few professionals knew about this technology.
Knowing the Simatic S7 PLCs in depth, aligned with a personal interest in teaching, Alexandre decided to become an instructor of this key technology for industries. Alexandre observed a lack of basic knowledge of many professionals in the area. He believed that this would therefore be a sector where there would be high demand for services. For this reason, he believes in the importance of reinforcing his clients' bases well before aiming for advanced knowledge. This would avoid creating important gaps in the education of the automation professional. He considers some basic concepts for a PLC programmer: understanding the differences between various types of data, as well as notions of industrial communication protocols, such as IP addressing and subnet masks. In addition, part of this level of knowledge is the ability to perform a basic configuration of the hardware architecture of a simple project and the mastery of the most commonly used blocks in programming, such as: Boolean logic, counters, and timers.
Focusing on the Simatic S7 devices, Alexandre specializes in teaching the following topics: PLC programming, human-machine interface (HMI), supervisory systems, industrial networks, and safety systems programming. One of the most critical topics is safety systems programming. Alexandre commented that there is a big knowledge gap in this area. It is worth remembering that the programmer is responsible, under EN ISO 13849-1 (Safety of machinery: safety-related parts of control systems) [1], for the correct control of the system. Incorrect programming, such as an emergency button that does not correctly de-energize a particular motor, can cause serious accidents and even deaths, as well as putting industrial plants and processes at risk. Some common errors that Alexander encounters are: the misuse of certified blocks for safety functions, the misconfiguration of automatic reset, the misuse of data blocks (DataToSafety and DataFromSafety) for data exchange with the safe program, and the use of non-safety signals for decision-making of safety functions.
Also, while not impacting the safety of the application, Alexander notes common digital signals, such as reset and motor feedback, are used on safety digital inputs, increasing the cost, without reason, of an installation. A key concept for this type of application is: to understand that the program has to receive the data safely, on safe input cards, process this data with certified blocks, such as ESTOP1, SFDOOR, in order to set the system actuators, such as motors or pistons, in safe mode, by means of functions such as FDBACK, STO. A successful safety project usually consists of multidisciplinary teamwork, led by the person responsible for risk analysis and the identification of the system's safety functions, aligned with mechanical, electrical, and automation engineers. In this way, it is possible to consider the different aspects of the project in order to achieve the desired safety level, for example PLe (Performance Level) or SIL3 (Safety Integrity Level). Often the control performed is closely linked to the electrical design of the system.
Our conversation concluded with some tips for those who are starting to build their own programming blocks, whether as a freelance automation engineer or in a company. In a first step, Alexandre recommended studying a variety of projects and applications, as well as the library examples made available by Siemens, such as the Siemens Open Library. Next, it is advisable to refactor and polish the code in order to standardize it, paying close attention to class abstractions and function block interfaces. In TIA Portal there is the integrated library functionality, which is very practical for version control of the developed functions and blocks. Finally, the main goal of a company, or a freelance programmer, is to deliver projects efficiently, adding value to the client. For this, the engineer must be comfortable with his code in order to be able to develop projects and commission them safely and in the shortest time possible. Programming techniques such as code modularization, testing, and debugging simplification help achieve these goals.
Alexandre's YouTube channel is worth checking out, where he regularly shares videos with practical tips on various topics related to Siemens PLC programming. In addition, Alexandre conducts courses in person or online, for groups or individuals of all levels, supported by his own material developed over the years, covering a wide range of related subjects.
Links:
[1]: EN ISO 13849-1 Safety of machinery - Safety-related parts of control systems - Part 1: General principles for design.
[2]: Siemens Open Library
[3]: Canal YouTube do Alexandre (Alexandre Ribeiro Aguis - Jump of the Cat)
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