A Evolução dos Blocos de Funções na Automação Industrial

BLOCOS DE FUNÇÕES

CONHEÇA A HISTÓRIA E O LEGADO DESTA TECNOLOGIA BRASILEIRA

A empresa é multinacional brasileira e está em uma região do estado de São Paulo precursora em tecnologia e inovação. Polo de equipamentos para o setor bioenergético do Brasil.

Histórias que nunca se apagam. Disseminadora de tecnologias abertas para fabricantes de equipamentos de automação de processos industriais.

A Evolução dos Blocos de Funções na Automação Industrial: Da Estrutura Configurável do Smar CD600 ao Padrão Global Aberto O-PAS

A história da automação industrial é marcada pela transição contínua de sistemas proprietários e rígidos para arquiteturas abertas, modulares e interoperáveis. No epicentro dessa evolução, a empresa brasileira Smar, fundada em 1974, desempenhou um papel fundamental ao introduzir conceitos que moldariam as normas internacionais de controle de processos. A trajetória tecnológica dos blocos de funções (Function Blocks), desenvolvidos pela Smar, inicia-se com o controlador multi-loop CD600, consolida-se através da arquitetura distribuída do System302 e culmina em uma contribuição sem precedentes para a indústria global: a cessão de sua biblioteca de algoritmos para a composição do padrão O-PAS (Open Process Automation Standard), sob a égide do Open Group. Esta evolução reflete não apenas o progresso da computação aplicada ao controle, mas também uma mudança de paradigma filosófico na engenharia, onde o valor do software é potencializado pela sua capacidade de rodar em plataformas independentes de hardware.

A Fundação Tecnológica: O Controlador Digital Multi-Loop CD600

O surgimento do Smar CD600 na década de 1980 representou um divisor de águas para o controle de processos no Brasil e no mundo. Em um período onde a maioria dos controladores era dedicada a uma única malha de controle, o CD600 introduziu a capacidade de processar simultaneamente até quatro malhas complexas com um único hardware. A arquitetura deste equipamento foi construída sobre o conceito inovador de "blocos livres", uma biblioteca de algoritmos pré-programados que podiam ser interconectados conforme a necessidade da estratégia de controle do usuário.

Arquitetura de Software e Conceito de Blocos Livres

A programação do CD600 não exigia conhecimentos profundos de linguagens de programação de baixo nível. Em vez disso, o usuário configurava o controlador através de uma interface de blocos funcionais que residiam na memória não-volátil (NVRAM) do equipamento. O ato de programar consistia em fazer o upload desses blocos para a memória de trabalho, estabelecer ligações entre eles e ajustar parâmetros de caracterização para adaptá-los a aplicações específicas.

Cada bloco funcional no CD600 possuía uma função de controle composta por operações matemáticas ou lógicas que relacionavam suas entradas às saídas. As entradas eram identificadas por letras (A, B, C...) e as saídas por números, que funcionavam como endereços exclusivos de memória. O parâmetro de ligação (L) era a chave para a conectividade: atribuir o número de uma saída a um parâmetro de ligação de entrada (como LIA, LIB ou LIC) criava um vínculo virtual de dados entre os blocos. Esta estrutura lógica permitiu a criação de estratégias de controle altamente sofisticadas que, anteriormente, exigiriam o cabeamento físico de múltiplos instrumentos analógicos.

Versatilidade de Aplicação e Controle Avançado

O CD600 foi projetado para substituir uma ampla gama de instrumentos de painel, incluindo controladores de malha única, estações manuais, programadores de setpoint e computadores de vazão. Com mais de 120 blocos de controle disponíveis, o dispositivo era capaz de executar estratégias como:

Controle de nível de caldeira a três elementos (água, vapor e nível);
Controle de combustão com limites cruzados (cross-limit);
Controle de colunas de destilação;
Estratégias de antecipação (feed-forward) e controle de razão (ratio).

A interface com o mundo físico ocorria através de blocos de entrada e saída analógicos e digitais, vinculados diretamente aos terminais da borneira do controlador. Por exemplo, o bloco de entrada analógica nº 001 processava o sinal vindo do terminal físico correspondente, digitalizando-o para uso na estratégia interna. Essa modularidade permitia que uma única unidade substituísse até oito controladores tradicionais, reduzindo drasticamente o espaço em painéis e a complexidade do cabeamento.

Ferramentas de Configuração e Interface

Para gerenciar essa vasta biblioteca de blocos, a Smar desenvolveu softwares como o CONF600 e, posteriormente, o CONF600Plus. Essas ferramentas forneciam uma interface gráfica que facilitava a visualização da estratégia de controle, permitindo o ajuste fino de parâmetros PID, constantes de tempo e limites de alarme. O ajuste também podia ser realizado diretamente pelo painel frontal do controlador, que contava com um display alfanumérico de 8 dígitos e uma estação de alarme integrada, garantindo que o operador tivesse controle total sobre o processo mesmo sem o auxílio de um computador.

A Transição para a Automação Distribuída: O Surgimento do System302

Com a evolução das tecnologias de comunicação e o fortalecimento do protocolo Foundation Fieldbus na década de 1990, a Smar iniciou a migração de sua expertise em blocos de funções para uma arquitetura totalmente distribuída: o System302. Se no CD600 os blocos estavam centralizados em um único hardware, no System302 o controle passou a residir nos próprios dispositivos de campo, como transmissores e posicionadores.

Controle no Campo e Interoperabilidade

O System302 foi concebido como um sistema de controle Fieldbus onde funções críticas em termos de tempo eram executadas primordialmente nos dispositivos de campo. Essa mudança de paradigma permitiu que as tarefas de medição, controle e atuação fossem distribuídos pela planta industrial, reduzindo a dependência de controladores centrais e aumentando a robustez do sistema.

A interoperabilidade tornou-se o pilar central desta fase. Graças ao uso da tecnologia Device Description (DD), os dispositivos da Smar podiam se comunicar perfeitamente com equipamentos de outros fabricantes na mesma rede Fieldbus. A biblioteca de blocos de funções foi expandida e adaptada para atender às especificações da Fieldbus Foundation, incluindo blocos como Analog Input (AI), PID e Analog Output (AO), que foram submetidos a testes rigorosos de interoperabilidade.

Aprimoramentos na Biblioteca de Blocos de Funções

A Smar não se limitou a seguir os padrões básicos; ela desenvolveu blocos "Advanced" e "Enhanced" para preencher lacunas funcionais identificadas em campo. A evolução técnica desses blocos no System302 incluiu:

Uma característica inovadora introduzida no System302 foi a instanciação e deleção dinâmica de blocos. Diferente de sistemas onde o número de blocos era fixo por hardware, o usuário do System302 podia definir quais e quantos blocos seriam criados em cada dispositivo no momento da configuração, otimizando o uso de memória e a capacidade de processamento dos instrumentos.

A Plataforma DFI302

O centro nervoso do System302 era a interface de campo distribuída DFI302. Este dispositivo atuava como um mestre de rede e controlador multifuncional, capaz de integrar protocolos como Foundation Fieldbus, Profibus, Modbus e HART. O DFI302 permitia que estratégias de controle complexas fossem configuradas através da interligação de blocos de funções de diferentes dispositivos em uma única estratégia lógica, consolidando a visão de "UMA SÓ PLANTA, UM SÓ SISTEMA".

O processamento matemático nestes blocos evoluiu para suportar cálculos de alta precisão. Por exemplo, o bloco aritmético (ARTH) permitia a implementação de fórmulas de compensação de vazão utilizando a notação científica e operadores complexos:

Onde:

· Q_comp é a vazão compensada.

· K é a constante de proporcionalidade.

· DP é a pressão diferencial medida.

· P é a pressão absoluta.

· T é a temperatura absoluta.

Essas fórmulas eram encapsuladas em blocos de funções fáceis de usar, abstraindo a complexidade matemática para o engenheiro de automação.

Expansão Tecnológica: Licenciamento e Fornecimento para outros Fabricantes

Um passo crucial na trajetória da Smar foi a transição de fabricante de hardware para provedora de tecnologia para o mercado global. Durante a consolidação do System302 e das redes Fieldbus, a Smar passou a fornecer e licenciar sua "Communication Stack" (FBStack) e sua biblioteca de blocos funcionais para outras empresas de automação e fornecedores de instrumentos.

Através de modelos de licenciamento flexíveis — que incluíam desde o uso de bibliotecas de objetos até a cessão de código-fonte (buyout) —, fabricantes concorrentes puderam incorporar a tecnologia comprovada da Smar em seus próprios produtos. Isso permitiu que instrumentos de terceiros executassem nativamente os algoritmos de controle e protocolos de comunicação desenvolvidos no Brasil, garantindo agilidade no desenvolvimento de novas soluções e fortalecendo o ecossistema de interoperabilidade.² Esse modelo de colaboração e abertura tecnológica foi o precursor direto da cultura que levaria a Smar a ceder sua biblioteca para a fundação do padrão global O-PAS.

A Era da Automação Aberta: Contribuição para o O-PAS

A evolução culminou em um movimento histórico na década de 2020: a integração da tecnologia Smar ao padrão O-PAS (Open Process Automation Standard). O O-PAS é uma norma desenvolvida pelo Open Process Automation Forum (OPAF), que visa criar uma arquitetura de referência aberta, segura e interoperável, permitindo que componentes de diferentes fornecedores trabalhem juntos de forma nativa.

O Papel da Smar na Definição do Padrão

A Smar participou ativamente das atividades de definição e validação do O-PAS desde o início. Em um gesto de cooperação técnica sem precedentes, a empresa cedeu sua comprovada biblioteca de blocos de funções para o desenvolvimento da nova tecnologia, servindo como base para os blocos padrão da norma O-PAS.

Esta cessão significa que os algoritmos de controle que foram refinados ao longo de décadas, desde o CD600 e o System302, tornaram-se o alicerce para a interoperabilidade global entre controladores de diferentes fabricantes. O padrão O-PAS utiliza o modelo de informação de blocos de funções da Smar para garantir que uma estratégia de controle desenvolvida em um sistema seja perfeitamente portável para outro, sem a necessidade de reengenharia.

Arquitetura O-PAS e o Nó de Controle Distribuído (DCN)

A arquitetura O-PAS introduziu o conceito de Distributed Control Node (DCN), que atua como a unidade básica de controle e I/O. O DCN é responsável por adquirir entradas do processo, executar o controle regulatório através de blocos de funções e comunicar-se via protocolos abertos como o OPC UA.

Na visão da Smar, a arquitetura do System302, baseada no DFI302, já era plenamente compatível com os conceitos propostos pelo O-PAS. A transição envolveu o desacoplamento entre o hardware e o software de controle, permitindo que a lógica dos blocos de funções rodasse em containers (como Docker) sobre sistemas operacionais padrão, como o Linux.

A Linha NOVA O-PAS

Para materializar essa nova realidade, a Nova Smar lançou a linha NOVA, projetada especificamente sob os preceitos do O-PAS. Esta linha da marca Smar inclui:

NOVA DCN: Um hardware de alta performance equipado com processadores Intel Atom® x6200FE, que atua como nó de controle distribuído e gateway para redes legadas como Foundation Fieldbus, HART e Profibus;
NOVA ENGINE: O software de execução de blocos de funções que permite rodar estratégias de controle em plataformas virtuais ou hardware de terceiros;
NOVA FB: A biblioteca de blocos de funções padronizados, herdada de mais de 40 anos de uso em campo, agora compatível com os modelos de informação O-PAS;
NOVA CSB: Uma ferramenta de configuração baseada em web que utiliza arquivos AutomationML (AML) para descrever a topologia da planta e a lógica de controle, garantindo a portabilidade total da aplicação.

Detalhamento Técnico da Biblioteca de Blocos O-PAS (SmarFB)

A biblioteca de blocos de funções cedida pela Smar e integrada ao O-PAS, conhecida comercialmente como SmarFB, é categorizada de acordo com sua função dentro da estratégia de controle. Cada bloco possui uma estrutura de dados padronizada que inclui valores de processo, status, parâmetros de configuração e limites.

Blocos de Entrada e Saída

Os blocos de interface com o processo são fundamentais para digitalizar sinais analógicos e gerenciar estados discretos. A conformidade com o O-PAS garante que esses blocos mantenham o mesmo comportamento, independentemente do hardware onde são executados.

Blocos de Controle e Cálculo

Esta categoria contém a "inteligência" do sistema. O bloco PID, por exemplo, segue o modelo de informação definido no O-PAS Parte 6.4, incluindo parâmetros críticos como o erro atual, unidades de engenharia e limites de range.

A flexibilidade destes blocos permite a implementação de controle em cascata com sincronização automática entre blocos mestres e escravos. Quando um bloco PID envia um sinal para um bloco AO, eles realizam um "handshake" digital:

O bloco AO reporta seu estado através do parâmetro BKCAL_OUT;
O bloco PID recebe essa informação no parâmetro BKCAL_IN;
Isso garante que, se o dispositivo de saída estiver em modo manual, o bloco de controle pare de acumular erro integral (prevenção de reset windup) e mantenha uma transição suave para o modo automático.

Blocos Transdutores e de Recurso

Para o gerenciamento completo do ciclo de vida dos ativos industriais, a Smar incorporou blocos de diagnóstico e configuração de hardware. O bloco de Recurso (RS) descreve as características específicas do dispositivo físico, enquanto o Bloco Transdutor (TRD) gerencia a interface com os sensores de pressão, temperatura ou posicionadores de válvula. Diagnósticos avançados são fornecidos pelo Diagnostic Transducer (DIAG), que monitora o tempo de execução dos blocos e a integridade dos links de rede.

Implicações Estratégicas e Atributos de Qualidade

A adoção da tecnologia de blocos de funções da Smar pelo padrão O-PAS foi impulsionada por 23 atributos de qualidade essenciais para a automação moderna. Esses atributos definem o valor agregado de um sistema aberto em comparação com as soluções proprietárias do passado.

Interoperabilidade e Intercambiabilidade

A interoperabilidade é a capacidade de dois ou mais sistemas trocarem informações e utilizarem os dados trocados. No contexto dos blocos de funções, isso significa que um bloco PID de um fabricante pode receber o valor de uma variável de processo de um bloco AI de outro fabricante via rede OCF (O-PAS Connectivity Framework), utilizando o protocolo OPC UA como transportador.

A intercambiabilidade vai um passo além: é a capacidade de substituir um componente de hardware por outro equivalente de um fornecedor diferente sem necessidade de modificações na estratégia de controle. Isso protege o investimento do usuário final contra a obsolescência forçada e permite a seleção dos melhores componentes de cada categoria para compor a solução final.

Portabilidade e Modularidade

Um dos maiores desafios resolvidos pela padronização dos blocos de funções Smar no O-PAS foi a portabilidade de configuração. Através do uso de linguagens neutras como o AutomationML (IEC 62714), as estratégias de controle podem ser exportadas de uma ferramenta de engenharia e importadas por outra.

A modularidade assegura que mudanças em um componente do sistema tenham impacto mínimo nos demais. Graças à estrutura de blocos de funções, é possível atualizar o algoritmo de controle de uma malha específica sem afetar o processamento das demais malhas executadas no mesmo DCN.

Segurança Cibernética e Sustentabilidade

Em um mundo onde a conectividade é onipresente, a segurança cibernética (Securability) tornou-se mandatória. O padrão O-PAS incorpora a norma IEC 62443 para guiar a operação segura dos sistemas de automação. Os blocos de funções operam dentro deste ambiente seguro, onde o acesso aos dados é autenticado e as comunicações são criptografadas via OPC UA.

Sob o ponto de vista da sustentabilidade, o modelo de CapEx do O-PAS, adotado pela Smar, propõe um investimento inicial menor com melhorias incrementais frequentes. Ao contrário dos sistemas tradicionais que exigem paradas longas para atualizações completas ("rip and replace"), o sistema baseado em O-PAS permite evoluções contínuas sem interrupções significativas no processo.

Do Campo para a Nuvem: A Nova Fronteira da Automação

A jornada dos blocos de funções da Smar não termina na padronização. Ela se expande para as novas fronteiras da Indústria 4.0 e da Internet Industrial das Coisas (IIoT).

Virtualização e Edge Computing

Com a linha NOVA da Smar, os blocos de funções deixaram de ser prisioneiros do hardware proprietário. Através do conceito de "flex blocks", os usuários podem baixar aplicativos de controle personalizados para os controladores Smar, de forma análoga ao download de apps em smartphones. Esses blocos podem ser executados em servidores locais (On-premise) ou até mesmo em instâncias de nuvem, permitindo o monitoramento e gerenciamento remoto de ativos distribuídos globalmente.

A tecnologia Ethernet-APL (Advanced Physical Layer) complementa essa evolução, trazendo a alta velocidade da rede Ethernet diretamente para os dispositivos de campo em áreas classificadas. Isso remove os gargalos de comunicação que limitavam a complexidade das estratégias de blocos de funções no passado, permitindo a transmissão massiva de dados de diagnóstico e variáveis de processo em tempo real.

Educação e Disseminação Tecnológica

Reconhecendo que a transição para sistemas abertos exige uma nova mentalidade técnica, a Smar investiu no desenvolvimento do primeiro kit didático portátil O-PAS do mundo. Este kit permite que engenheiros e acadêmicos treinem com as ferramentas reais do futuro — DCNs, gateways e bibliotecas SmarFB — facilitando a compreensão prática da interoperabilidade e da configuração baseada em blocos de funções.

Além disso, o Centro de Operações Integradas O-PAS da Smar serve como um "living lab" onde os usuários podem testar cenários de integração entre sistemas legados e as novas tecnologias abertas, garantindo uma migração segura e eficiente para os padrões do futuro.

Conclusões sobre a Trajetória da Tecnologia de Blocos

A análise da evolução tecnológica da Smar revela um padrão de inovação consistente que prioriza a funcionalidade sobre a rigidez do hardware. O controlador CD600 estabeleceu a base lógica com seus "blocos livres", provando que a complexidade industrial poderia ser domada através da modularidade de software. O System302 expandiu essa lógica para o campo, demonstrando os benefícios da distribuição e da interoperabilidade em rede.

A culminação desse processo no O-PAS é, talvez, o evento mais transformador da automação industrial contemporânea. Ao ceder sua biblioteca de blocos de funções, a Smar não apenas contribuiu para a criação de um padrão global, mas também redefiniu seu papel no mercado: de uma fabricante de controladores para uma fornecedora de tecnologia de controle universal.

Os blocos de funções, hoje padronizados na norma O-PAS, são os resultados de quatro décadas de experiência em campo, milhões de horas de operação e o refinamento contínuo de algoritmos para as condições mais severas de processo. Eles representam a garantia de que o conhecimento acumulado na engenharia de controle brasileira agora beneficia toda a indústria global, sustentando uma visão de automação que é, por definição, aberta, segura e sem fronteiras.

ADRIANO MARCELO CORTEZE
NOVA SMAR S/A
23/JAN/2026