ESTUDO SOBRE CARACTERÍSTICAS DE DIFERENTES SOFTWARES DE SUPERVISÃO EM AUTOMAÇÃO

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1 UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE ELETRÔNICA ESPECIALIZAÇÃO EM AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL FERNANDO KANT MARTINS ESTUDO SOBRE CARACTERÍSTICAS DE DIFERENTES SOFTWARES DE SUPERVISÃO EM AUTOMAÇÃO MONOGRAFIA - ESPECIALIZAÇÃO CURITIBA 2011

2 FERNANDO KANT MARTINS ESTUDO SOBRE CARACTERÍSTICAS DE DIFERENTES SOFTWARES DE SUPERVISÃO EM AUTOMAÇÃO Monografia de conclusão do curso de Especialização em Automação Industrial do Departamento Acadêmico de Eletrônica da Universidade Tecnológica Federal do Paraná apresentada como requisito parcial para obtenção do grau de Especialista em Automação Industrial. Prof. Orientador: M.Sc. Guilherme Alceu Schneider. CURITIBA 2011

3 FERNANDO KANT MARTINS ESTUDO SOBRE CARACTERÍSTICAS DE DIFERENTES SOFTWARES DE SUPERVISÃO EM AUTOMAÇÃO Esta Monografia foi julgada e aprovada como requisito parcial para a obtenção do grau de Especialista em Automação Industrial no Programa de Pós-graduação em Automação Industrial da Universidade Tecnológica Federal do Paraná. Curitiba, 23 de Março de Prof. Gustavo Benvenutti Borba, Dr. Profa. Simone Massulini Acosta, MSc. Prof. Guilherme Alceu Schneider, Msc. Orientador Visto da coordenação Prof. Jean M. Simão, Dr. A Folha de Aprovação assinada encontra-se na Coordenação do Curso.

4 AGRADECIMENTOS Primeiramente agradeço a toda a minha família, pela dedicação, estímulo e apoio a mim concedido ao longo de todo esse período, sem essa ajuda, a caminhada seria muito mais árdua. Agradeço também aos meus amigos, que sempre estiveram à disposição para me auxiliar como também aos colegas da especialização, que durante este período se mostraram companheiros. Em especial agradeço ao engenheiro Dalmir Raizer, por toda a ajuda disposta a mim durante todo o período da especialização, passando informações e conhecimentos de anos de prática que possui no ambiente industrial. Sendo uma pessoa de grande importância no desenvolvimento deste projeto, onde mostrou-se sempre propenso a me auxiliar. Enfim, ao meu orientador, Professor Msc. Guilherme, pela ajuda e apoio concedidos para a realização deste. Que apesar das dificuldades iniciais que o apresentei, sempre mostrou seu interesse, sua paciência e uma grande dedicação ao ensino, sempre estando a disposição.

5 RESUMO MARTINS, Fernando K. Estudo sobre Características de Softwares de Supervisão em Automação Monografia (Especialização em Automação Industrial) - Departamento Acadêmico de Eletrônica, Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, Este trabalho apresenta um estudo sobre os sistemas de supervisão industrial, demonstrando algumas características de softwares que estão disponíveis no mercado, e duas aplicações onde este tipo de tecnologia foi utilizada. Inicialmente apresenta uma fundamentação teórica sobre o sistema SCADA (Supervisory Control and Data Aquisition Controle Supervisório e Aquisição de Dados), software de supervisão e seus componentes. Após, são apresentadas as características dos softwares de supervizão de seis fabricantes diferentes: Elispse, Intouch, ProcessView, Simatic WinCC, Ifix, Wizcon. Por fim são descritas duas aplicações onde os softwares de supervisão foram utilizados. Palavras-Chaves: Software de Supervisão, SCADA.

6 ABSTRACT MARTINS, Fernando K. Estudo sobre Características de Softwares de Supervisão em Automação Industrial Monografia (Especialização em Automação Industrial) - Departamento Acadêmico de Eletrônica, Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, This work presents a study on the systems of industrial supervision, showing some characteristics of software that are available, and two applications this type of technology. Initially, the theoretical foundation of SCADA (Supervisory Control and Data Aquisition) is presented. After that, we present the main features of six supervision softwares from different manufactures: Elispse, Intouch, ProcessView, Simatic WinCC, Ifix, Wizcon. Finally two application of the softwares are described. Key Words: Supervision Software, SCADA.

7 SUMÁRIO AGRADECIMENTOS...4 RESUMO...5 ABSTRACT...6 SUMÁRIO INTRODUÇÃO TEMA PROBLEMA OBJETIVOS Objetivo geral Objetivos específicos JUSTIFICATIVA ESTRUTURA DO TRABALHO FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA CONTROLE E AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL SISTEMA DE SUPERVISÃO SOFTWARE DE SUPERVISÃO Descrição e Características dos Softwares de Supervisão Telas de Aplicação e Objetos Bibliotecas Tags Drivers Protocolo OPC Alarmes Relatório Estratégias de Controle Banco de Dados Sistema Operacional Desenvolvimento dos Softwares de Supervisão VANTAGENS E DESVANTEGENS DE UM SISTEMA DE SUPERVISÃO SISTEMAS SUPERVISÓRIOS COMERCIAIS ELIPSE Elipse SCADA Elipse E WONDERWARE InTouch SMAR ProcessView SIEMENS Simatic WinCC GE INTELLIGENT PLATFORMS Ifix ELUTIONS Wizcon RESUMO DAS CARACTERÍSTICAS DOS SOFTWARES...44

8 4 APLICAÇÕES INDUSTRIAIS EXTRUSORA MINIATURIZADA DE POLÍMEROS DESENVOLVIMENTO DE UM SUPERVISÓRIO MODULAR PARA UMA CÉLULA FLEXÍVEL DE MANUFATURA CONCLUSÕES REFERÊNCIAS...56

9 SUMÁRIO DE FIGURAS Figura 1 Principais Características de um Sistema Supervisório...9 Figura 2 - Níveis de controle industrial...14 Figura 3 Topologia da automação industrial...14 Figura 4 Sistema de supervisão e controle...15 Figura 5 - Visão geral de um sistema de água potável...17 Figura 6 - Telas de um processo de geração de energia elétrica...20 Figura 7 Esquema lógico e físico de comunicação com CLPs distintos...21 Figura 8 Arquitetura OPC...22 Figura 9 - Alarmes...23 Figura 10 - Elipse SCADA...30 Figura 11 Biblioteca de símbolos Galeria...33 Figura 12 Edição de telas no Studio E Figura 13 - Tela do InTouch...36 Figura 14 GraficWorX...38 Figura 15 - Graphic Designer WinCC...39 Figura 16 - Telas do ifix Figura 17 - Tela principal do Wizcon...43 Figura 18 Estrutura de uma extrusora...47 Figura 19 Representação da extrusora desenvolvida...48 Figura 20 Tela de supervisão do processo...48 Figura 21 Tela de análise gráfica dos dados do histórico...49 Figura 22 Vista parcial do laboratório da SOCIESC...51 Figura 23 Arquitetura da FMC...52 Figura 24 Tela principal do aplicativo...53

10 8 1 INTRODUÇÃO 1.1 TEMA Há pouco mais de 20 anos, apareceram as primeiras versões de sistemas de supervisão. Desde então, esses vem se tornando um sistema de muita importância dentro dos processos industriais, apresentando cada vez mais funcionalidades, assumindo várias responsabilidades e se tornando fundamental nas importantes tomadas de decisões em uma planta industrial (ZAMPRONHA, 2010). Segundo Salvador e Silva (2005), os primeiros sistemas de supervisão eram basicamente sistemas telemétricos, designados a apresentar de tempos em tempos a informação das variáveis e estados de um processo, em painéis elétricos, onde estas informações se apresentavam em lâmpadas e indicadores, sem disponibilizar nenhuma ação do operador. Conforme Rosário (2005), o sistema de supervisão industrial, também conhecido no ambiente industrial como sistema SCADA (Supervisory Control and Data Aquisition Controle Supervisório e Aquisição de Dados), pode ser definido como uma interface homemmáquina (IHM) amigável, se utiliza de tecnologia que permite a supervisão e/ou controle de sistemas automatizados. Em um sistema SCADA, a visualização os dados é amigável, com recursos altamente sofisticados, possibilitando, ao mesmo tempo alterar valores das variáveis e comandar os dispositivos físicos conectados ao sistema, reconhecer alarmes, acompanhar gráficos de tendência das variáveis e emitir relatórios. Este tipo de sistema é comumente utilizado em indústrias de processos contínuos, onde o processo produtivo envolve de maneira mais significativa, variáveis contínuas no tempo. Pode-se citar como exemplo as indústrias petrolíferas, químicas, petroquímicas, papel e celulose, alimentícia, metalúrgica, de tratamento de água, geração e distribuição de energia elétrica, entre outras. Devido à própria natureza destes processos, os mesmos exigem um monitoramento e controle em tempo real. Hoje em dia, os sistemas de automação industrial fazem uso de tecnologias de computação e comunicação para facilitar a monitoração e controle dos processos industriais, realizando a coleta de dados em ambientes complexos, geralmente distantes geograficamente, e apresentando-os de modo amigável e objetivo ao operador, com elaborados recursos gráficos e conteúdos multimídias, facilitando, assim, a sua tomada de decisão. A figura 1

11 9 apresenta algumas características de um sistema supervisório, que foram descritas por Gomazako (2007), como por exemplo: geração de gráficos de diversas variáveis do processo, geração de relatórios, programação de tarefas, monitoramento e controle do processo como um todo, interface gráfica de alta definição para o usuário. Figura 1 Principais Características de um Sistema Supervisório Fonte: Gomazako, 2007 Com o crescimento das indústrias e dos processos, tem-se um número maior de variáveis, ficando mais difícil obter todas essas informações de campo e apresentá-la ao controlador do processo de forma clara e objetiva em gigantescos painéis de controle. Foram então surgindo os primeiros sistemas para controlar esses processos, onde os quais inicialmente eram simplesmente sistemas de telemetria, nos quais os operadores poderiam

12 10 acompanhar em tempo real os valores atuais das variáveis para poderem tomar decisões através destes dados (MONTEIRO, 2004). Com o uso de sistemas computacionais em alta e com a ascensão da automação industrial, bem como o barateamento das tecnologias, os sistemas de supervisão também evoluíram, permitindo atualmente ao operador uma gama de funções como, por exemplo, informações de alarmes, visualizações gráficas de variáveis bem como suas tendências, verificações do status do processo, programação de tarefas, etc. 1.2 PROBLEMA Com o crescimento e evolução do mercado de automação industrial, um grande número de supervisórios, de inúmeras empresas de tecnologia encontram-se disponíveis no mercado. Conforme Vianna (2008), a grande maioria deles são softwares proprietários, existindo a necessidade de se pagar pela licença de uso. Este estudo pretende auxiliar os usuários, reunindo em um único documento, as características dos principais softwares supervisórios. Pelo fato de descrever as características principais e algumas particularidades dos softwares, este estudo pode ser utilizado como um material de apoio para a escolha do software mais indicado para determinada aplicação. 1.3 OBJETIVOS Objetivo geral Elaborar um estudo apresentando as diferentes características de alguns softwares de supervisão para processos industriais, que estão disponíveis no mercado.

13 Objetivos específicos Pesquisar diferentes tipos de software de supervisão para processos industriais; Analisar as características de cada software, descrevendo cada uma delas; 1.4 JUSTIFICATIVA Conforme Rosário (2005), com a evolução constante das tecnologias, os computadores assumiram um papel de muita importância na indústria, na parte de gestão, aquisição e tratamento de dados, permitindo uma melhor visualização desses dados, através de um monitor de vídeo, também com uma capacidade de geração de funções de controles complexas, cobrindo um mercado cada vez mais vasto. Portanto, esses sistemas deixaram de ser vistos como uma mera ferramenta operacional, ou de engenharia, e passaram a ser considerados importante fonte de informação e controle. Em se tratando de automação industrial, muito se fala de instrumentação industrial, CLPs (Controlador Lógico Programável), redes industriais, e a interface desses equipamentos e/ou processos com o usuário, geralmente é mais restrita. Sendo que um dos objetivos principais dos sistemas supervisórios é propiciar uma interface de alto nível do operador com o processo em si, informando em tempo real todos os eventos da planta, fica claro que é de grande importância a escolha de qual software será implantado no processo. Segundo Cavalcante (2008), antes de implementar qualquer sistema, um estudo sobre as tecnologias disponíveis no mercado deve ser feito, verificando tanto o aspecto aplicacional dos equipamentos e/ou aplicativos, como também no aspecto econômico destes, para escolher o sistema que melhor se adapta às condições e recursos exigidos pelo processo. Com uma pesquisa detalhada sobre vários desenvolvedores deste tipo de software, pretende-se reunir as diferentes características em um único trabalho, facilitando a análise destes dados e a escolha de um ou de outro destes softwares pelo usuário em determinada aplicação.

14 ESTRUTURA DO TRABALHO Este trabalho compõe-se de cinco capítulos, conforme descrito a seguir. O Capítulo 1, introdutório deste trabalho, estabelece seu tema principal, definindo-se o problema e premissas, bem como os objetivos do estudo e a justificativa de execução do mesmo. O Capítulo 2 inicia os fundamentos teóricos com os conceitos gerais de sistemas de supervisão, suas funções básicas, também apresentando as vantagens e desvantagens do sistema da utilização deste tipo de sistema. O Capítulo 3 apresenta as principais marcas disponíveis no mercado com as características dos softwares pesquisados. O Capítulo 4 mostra aplicações de alguns destes modelos de softwares apresentados, mostrando suas aplicações e importância no processo de automação. As conclusões do trabalho são apresentadas no Capítulo 5, seguido das referências bibliográficas utilizadas para a fundamentação do mesmo.

15 13 2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA 2.1 CONTROLE E AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL Para Sighieri e Nishinari (2003), a automação é um conceito e um conjunto de técnicas a partir das quais se constroem sistemas ativos capazes de atuar com uma eficiência ótima, utilizando informações recebidas do meio sobre o qual atuam. Já a palavra controle tem origem francesa e denota o ato ou poder de exercer domínio, fiscalizar, supervisionar, manter o equilíbrio. A necessidade de controlar processos dá origem às técnicas de controle, que assumem papel primordial e decisivo dentre os modelos e processos existentes, sejam eles simples, modestos, robustos ou de grande complexidade no plano das ações. Pode-se dizer que a automação industrial é oferecer e gerenciar soluções, pois ela sai do nível de chão de fábrica, chegando ao gerenciamento de informações. Seguindo esse raciocínio e para melhor entender um sistema de automação e sua arquitetura, pode-se dividi-lo em níveis conforme a figura 2. No primeiro nível, a aquisição de dados e controle manual, é onde se encontram os sensores e atuadores. No nível seguinte temos o controle individual, composto principalmente por CLPs. O terceiro nível envolve a conectividade do controle, onde fica situado o Sistema de Supervisão. Já no quarto nível estão situados os sistemas MRPs (Material Requirement Planning Planejamento das Necessidades de Materiais) que contam com aspectos relacionados a finanças, compras e marketing. Finalizando, o nível 5 é o nível de planejamento estratégico, onde fica situados os sistemas ERPs - Enterprise Resource Planning, ou softwares de gerenciamento.

16 14 Figura 2 - Níveis de controle industrial Fonte: Andrade, 2001 A figura 3 demonstra uma topologia dos processos de automação, onde se apresenta o controle de diversos processos. Estes processos estão interligados pela rede de comunicação de dados, passando informação para o sistema de supervisão, para enfim chegar a gerencia da informação. Figura 3 Topologia da automação industrial Fonte: Souza, 2005

17 SISTEMA DE SUPERVISÃO Um sistema de supervisão é o responsável pelo monitoramento das variáveis amostradas do processo de controle de um sistema. Seu objetivo principal é fornecer subsídios ao operador para controlar e monitorar um processo automatizado com maior rapidez, permitindo assim a leitura das variáveis em tempo real e o gerenciamento e o controle do processo (ROSARIO, 2005). Para Andrade (2001), os sistemas de supervisão viabilizam a integração de diversos dispositivos e equipamentos controladores do processo. A maioria desses sistemas tem em comum, a necessidades de bons conhecedores do processo industrial trabalhando como operadores, pois, são eles que fornecem as entradas aos sistemas, como por exemplo, dosagens, receitas e parâmetros, além de analisarem alarmes, operarem comandos remotamente, etc. Os sistemas supervisórios situam-se no terceiro nível da pirâmide de automação, onde faz uma conectividade entre o controle em campo (CLPs, inversores de freqüência, relés) com o gerenciamento do processo e produção, como mostrado na figura 3. Segundo Salvador e Silva (2005), há quatro elementos básicos que fazem parte da arquitetura de um sistema de supervisão, são eles: sensores e atuadores, estações remotas de aquisição e/ou controle, redes de comunicação e monitoração central, conforme apresenta a figura 4. Figura 4 Sistema de supervisão e controle Fonte: Salvador e Silva, 2005 Os sensores são elementos provedores de informações para o sistema de automação de uma máquina ou processo, pois têm a capacidade de alterar sua característica física interna, devido a um fenômeno físico externo, como presença ou não de luz, som, gás, campo magnético, etc. Estes podem ser utilizados em processos discretos, com medição de variáveis

18 16 lógicas ou booleanas, e no controle de processos contínuos, em que se tenham variáveis analógicas (ROSÁRIO, 2005). Segundo Silveira e Santos (1998), os atuadores são dispositivos responsáveis pela conversão do sinal na grandeza física da entrada do processo. Ao serem acionados, executam uma força de deslocamento ou outra ação física, definida pelo sistema de controle. Os atuadores podem ser magnéticos, hidráulicos, pneumáticos, elétricos ou de acionamento misto. O processo de controle e aquisição de dados se dá através dos Controladores Lógicos Programáveis (CLP ou PLC, Programmable Logic Controller), que conforme Georgini (2007), são equipamentos que armazenam instrução em sua memória e em condições de implementar funções de controle, como também lógica e aritmética, manipulação de dados, comunicação em rede, etc. Rede de comunicação é a plataforma por onde as informações trafegam, cujo objetivo é estabelecer a comunicação de um ponto para o outro, ou de um sistema para outro. Para isso, necessita-se basicamente de um sinal, de um meio físico de transmissão e de um protocolo de comunicação (ALBUQUERQUE e ALEXANDRIA, 2007). Para Salvador e Silva (2005), as principais unidades em um sistema de supervisão são as estações de monitoração central, que nada mais são que os softwares de supervisão, que são responsáveis por administrar as informações repassadas pelas unidades remotas e operar conforme os eventos detectados, passando as informações em tempo real aos operadores. Como um resultado final, está apresentado na figura 5, um sistema de captação de água, onde o software de supervisão expõe ao operador informações sobre os tanques de captação, as bombas que estão ativadas, nível de tanques, válvulas operando, etc.

19 17 Figura 5 - Visão geral de um sistema de água potável Fonte: Pirajat, SOFTWARE DE SUPERVISÃO Como já descrito e conforme afirma Rosário (2005), um software supervisório deve ser entendido como um conjunto de programas gerados e configurados em um software básico de supervisão, onde se programam as estratégias de controle e supervisão com telas de interface homem-máquina, apresentando ao operador as várias etapas de um processo, facilitando o tratamento e gerência dos dados do processo. Para Salvador e Silva (2005), o software de supervisão é o responsável por recepcionar as informações dos módulos de controle e aquisição de dados em campo, distribuindo e coordenando o fluxo dessas informações para os demais módulos, ou seja, uma boa comunicação com equipamentos de campo é fundamental para um bom funcionamento de um sistema se supervisão. Segundo Albuquerque e Alexandria (2007), há três atribuições básicas em um sistema SCADA, que precisam estar presentes no software: supervisão, operação e controle. A função de supervisão inclui todas as funções de monitoramento do processo, como estados das variáveis e seus gráficos de tendências, relatórios, verificação de alarmes etc. A função de operação é permitir que os operadores atuem sobre o sistema. Esta tarefa era

20 18 realizada nas mesas de controle e hoje estão disponíveis no supervisório. As funções de controle incluem: ligar e desligar equipamentos, operação de malhas de controle, mudança de modo de operação de equipamentos, etc. A função de controle é a ação de gerar um sinal de saída para o processo, a fim de manter a variável controlada em um estágio pré-estabelecido, alguns sistemas de supervisão possuem uma linguagem de programação que permitem definir a estratégia de controle sem depender de um equipamento intermediário. Para se obter essas funções da melhor maneira possível para o processo, é necessário que o software básico de supervisão seja bem desenvolvido e programado com as especificações de cada processo onde será utilizado. Então, além de uma boa escolha de qual software que será utilizado, este precisa ser bem trabalhado. Moraes e Castrucci (2007) afirmam que a maioria dos softwares de supervisão trabalham em dois modos: Modo de Desenvolvimento é o ambiente onde a partir do software básico de supervisão, criam-se as telas, os objetos, as animações e desenvolve-se toda a lógica operacional; Modo Run Time é o ambiente onde se mostra a tela animada, que foi criada no ambiente de desenvolvimento e no qual se dará a comunicação e operação junto com os CLPs ou os componentes de campo, durante a automação da planta Descrição e Características dos Softwares de Supervisão Segundo Gaidzinski (1996), os softwares de supervisão existentes no mercado, rodam principalmente sobre o sistema operacional Windows, são orientadas a objeto, possuem uma biblioteca de símbolos para auxiliar no desenvolvimento das aplicações, além de alguns possuírem uma linguagem própria de programação e suporte Dynamic Data Exchange (DDE), que nada mais é que um protocolo de troca de dados entre aplicativos independentes, que permitem a troca de dados entre aos aplicativos do Windows. Na seqüência, serão listadas algumas das principais características que compõem um software de supervisão. As ferramentas de implementação são diferentes para cada tipo de software, isto será visto posteriormente no estudo de cada marca disponível no mercado, porém é necessário conhecer para melhor compará-los.

21 Telas de Aplicação e Objetos A Tela de Aplicação é o objeto básico de interface com o usuário e pode conter vários tipos de objetos. Alguns softwares possuem editor próprio para configuração das telas, já outros dispõem do editor de bitmap, conforme Gaidzinski (1996), o mais utilizado é o Paintbrush, que é um acessório do Windows. Estes editores são utilizados para desenhar ou aplicar fotos do processo, deixando, assim, as telas com maior grau de fidelidade em relação ao processo que está sendo supervisionado. Geralmente, será utilizada mais de uma tela para a supervisão de processos industriais, sendo que há necessidade de uma boa organização da navegação entre essas telas, tornando o sistema claro e condizente à realidade, auxiliando no serviço dos usuários. Um dos passos citados por Moraes e Castrucci (2007), para um bom desenvolvimento de um software de supervisão é a hierarquia de navegação, que consiste em uma série de telas que fornecem progressivamente detalhes dos processos à medida que se navega através do aplicativo. Um exemplo pode ser observado na figura 6, que apresenta telas de um processo de geração de energia elétrica, onde na tela inicial fica disponibilizado a escolha das PCHs (Pequenas Centrais Hidrelétricas) disponíveis, passando posteriormente a ter mais informações sobre a PCH escolhida, comportas, válvulas, turbinas etc. Os objetos são configurados em cima das diversas telas que uma determinada aplicação pode possuir. Pode-se listar como objetos: linhas, retângulos, figuras, desenhos livres, textos, displays, escalas, etc. Estes objetos devem estar cuidadosamente organizados para aumentar a eficiência do software de supervisão, apresentando nome de botões, cores e símbolos compatíveis com o processo ou situação (MORAES E CASTRUCCI, 2007).

22 20 Figura 6 - Telas de um processo de geração de energia elétrica Fonte: Elipse, Bibliotecas As bibliotecas são ferramentas que estão à disposição do usuário para facilitar no desenvolvimento do software, trazendo ao usuário, por exemplo, em uma biblioteca de figuras com formatos básicos, sopradores e ventiladores, esteiras e linhas de produção, dutos, símbolos gerais, ícones e bitmaps, mapas e bandeiras, misturadores, motores, painéis, acessórios industriais, sensores, tanques, válvulas, veículos, maquinário etc Tags As variáveis em um software de supervisão são denominadas de tags, que podem ser, por exemplo, variáveis de entradas e saídas do sistema, variáveis internas, variáveis auxiliares para realização de cálculos ou variáveis auxiliares. Em um processo industrial pode-se ter muitas variáveis a serem controladas, dentre elas pode-se citar: temperatura, pressão, nível, vazão, potência, umidade, quantidade etc., sendo os tags que irão interligar os objetos e animações da telas com as variáveis do processo no campo.

23 21 Utilizando como exemplo o processo descrito no capitulo 4.1, onde o autor utilizou 20 tags de comunicação entre o CLP e o supervisório, dentre eles tem-se a temperatura dos quatro sensores, potência da resistência do aquecedor, habilitação do motor, set point da temperatura desejada, os ganhos do controlador PID (Proporcional-Integral-Derivativo) etc Drivers Os drivers são pequenos programas que tem por objetivo a comunicação entre o sistema operacional e algum hardware, ou seja, os drivers funcionam como um tradutor entre o protocolo do sistema supervisório e o equipamento de controle. Em geral um software supervisor comercial normalmente oferece diversos tipos de drivers de comunicação para os mais diversos tipos de hardwares que possam ser utilizados, como por exemplo: CLPs, inversores de freqüência, equipamentos de aquisição de dados etc. Em alguns casos, o servidor de comunicação do software pode agregar mais de um driver de comunicação para equipamentos distintos. A figura 7 ilustra o esquema de ligação lógica e física entre um programa de supervisão e quatros CLPs, sendo que no exemplo, o CLP 1 possui interface ponto a ponto RS232 que utiliza o driver 1, o CLP 2 uma interface RS485 utilizando o driver 2 e os CLPs 3 e 4 ethernet, utilizando ambos o mesmo driver o 3 (VIANNA, 2008). Figura 7 Esquema lógico e físico de comunicação com CLPs distintos Fonte: Vianna, 2008

24 Protocolo OPC Conforme Vianna (2008), um dos grandes problemas de se interfacear equipamentos e sistemas está em se compatibilizar os protocolos de comunicação. Inicialmente, foi desenvolvido uma padronização pelo MMS (Manufacturing Message Specification), que fracassou devido a falta de adeptos. Após, liderado pela Microsoft e especificado pela OPC Fundation surgiu o padrão OPC, que hoje é o protocolo padrão da indústria. O protocolo OPC é baseado em um modelo criado pela Microsoft e denominado COM (Componet Object Model), sendo uma maneira eficiente de se estabelecer interfaces para aplicações que substitui as chamadas de procedimento e as DLL conhecidos também como drivers, conforme apresenta a figura 8. O nome OPC (OLE for Process Control) foi estabelecido na época em que o COM era um modelo embrionário de comunicação entre aplicativos com o nome de OLE (Object Linking and Embedding). Figura 8 Arquitetura OPC Fonte: OPC Fundation, Geralmente, os fabricantes de equipamentos de controle, fornecem juntamente com o seu produto um servidor OPC. Então, os fabricantes de SCADA fornecem um cliente OPC, o mesmo acontecendo com o inversores de freqüência, relés inteligentes etc. podendo também o sistema de supervisão oferecer um servidor OPC para uma comunicação com outros sistemas. O objetivo geral do padrão OPC é de facilitar a interoperabilidade entre os componentes dos sistemas, possibilitando uma boa comunicação entre os equipamentos e softwares, dispensando a necessidade de drivers distintos para cada equipamento (OPC Fundation, 2010).

25 Alarmes Os alarmes são mensagens do sistema, que são previamente definidas pelo programador e servem para alertar o operador sobre algumas situações específicas, chamando a atenção dele para alguma modificação do estado do processo, como pode ser visto na figura 9. Cada alarme pode ser gerado de maneira independente e estar associado a uma variável determinada do processo industrial. As principais características de um alarme, conforme Rosário (2005), são: podem ser definidos por meio de condições algébricas, podem apresentar textos específicos, podem ser impressos ou documentados, podem ser configurados para apresentar sinais sonoros, quando ativados podem enviar s e mensagens para celulares. No desenvolvimento do software, o que deve-se observar em relação aos alarmes, é o aparecimento simultâneo de um número elevado de alarmes, como também a repetição excessiva de certo alarmes. Torna-se necessário a existência de alguma programação que faz a filtragem das informações que serão utilizados na tela do sistema (MORAES e CASTRUCCI, 2007). Figura 9 - Alarmes Fonte: Elipse Software Ltda, Relatório Segundo Gaidzinski (1996), uma das boas funções dos softwares de supervisão é sua capacidade de armazenar dados e produzir relatórios de produção ao final de um turno, dia ou mês. Estes relatórios de produção, incluindo os relatórios de balanço, demonstram quanto uma determinada planta produziu, quanto consumiu de insumos, de energia, etc. Assim podem auxiliar muito nos interesses gerenciais. O setor de manutenção da indústria também se beneficia com essa ferramenta, devido aos relatórios de monitoramento de equipamentos,

26 24 que dizem quando cada equipamento parou, qual o motivo desta parada e por quanto tempo este ficou parado. No desenvolvimento do sistema, o usuário irá definir as variáveis que farão parte do relatório e o seu período de amostragem, sendo que esta armazenagem de um dado também pode ser vinculada a um evento e não apenas a um horário. Do mesmo modo, deverá der definido o formato do relatório e o instante de sua impressão (final do turno, dia, etc.). Existem varias formas de gerar um relatório, o qual pode estar em forma de uma planilha, pode ser definida por uma linguagem especial textual ou orientada para blocos de funções Estratégias de Controle Para Bega (2006), a estratégia de controle pode ser classificada de duas formas: sistema em malha aberta e sistema em malha fechada. Os processos que apresentam um sistema de malha aberta, não terão qualquer tipo de ajuste nas variáveis do processo, utilizando-se de dados das variáveis de entrada para influenciar na variável a ser controlada. Um sistema em malha fechada já apresenta um controle, que pode ser realizado por um operador humano, através de um controle manual ou mediante a utilização de instrumentação com um controle automático. Os principais tipos de controladores normalmente utilizados em controle de processos industriais são: controle On-Off, controle auto-operado e o controle PID e sua derivações BEGA (2006) Banco de Dados Um banco de dados, ou base de dados (BD), é uma coleção de dados ou informações relacionadas entre si. Elas representam aspectos ou dados do mundo real com significado próprio e que deseja-se armazenar para uso no futuro. Um banco de dados pode ser muito simples ou muito complexo, de diversos tamanhos, com milhares ou até milhões de itens (GUIMARÃES, 2003).

27 Sistema Operacional Um sistema operacional, segundo Machado e Maia (2004), nada mais é que um conjunto de rotinas executado pelo processador, de forma semelhante aos programas dos usuários, onde sua principal função é controlar o funcionamento do computador, gerenciando a utilização e o compartilhamento de seus diversos recursos, como processadores, memórias e dispositivos de entradas e saídas. Sem um sistema operacional, o usuário de um equipamento necessitaria conhecer profundamente os diversos detalhes sobre o hardware do equipamento, o que tornaria seu trabalho mais lento e susceptível a erros. Então, o sistema operacional tem por objetivo funcionar como uma interface entre o computador e o usuário, tornando sua utilização mais simples, rápida e segura. As funções básicas de um sistema operacional se resumem em facilitar o acesso aos recursos do sistema e compartilhar estes recursos de forma organizada e protegida. Para Gaidzinski (1996), até meados da década de 1990, o sistema operacional padrão no mercado para sistemas de supervisão era o MS-DOS, mas com a afirmação do ambiente Windows como também a necessidade de integração com outros sistemas, fez com que os software de supervisão migrassem rapidamente para este ambiente, mesmo porque no ambiente MS-DOS era necessário o uso de um microcomputador exclusivo para a aplicação. Os softwares de supervisão existentes rodam principalmente sobre o sistema operacional Windows (Windows 95/98, Millenium, Windows NT/2000/XP). Existem também outras plataformas de operação, como por exemplo, os sistemas operacionais Unix, Linux e OS/2, mas há muito pouca difusão em ambientes industriais Desenvolvimento dos Softwares de Supervisão O bom desenvolvimento de uma aplicação de supervisão compõe-se de várias etapas que devem ser seguidas, conforme recomenda Moraes e Castrucci (2007): 1. Entendimento do processo a ser automatizado: conhecer como funciona o processo industrial que será automatizado, ou que já está automatizado e será aplicado o sistema de supervisão. Para um completo e detalhado entendimento deste processo faz-se necessário, conversar com operadores do sistema,

28 26 especialistas do processo, com a gerência e corpo administrativo, quebrar os processos em etapas verificando as variáveis que precisam ser monitoradas; 2. Tomada de dados e variáveis (Tags): é necessário ter em mente um limite superior para o número de dados e variáveis que serão apresentados no supervisório, para que o sistema fique conciso e apresente uma boa velocidade de tráfego de informação pela rede; 3. Planejamento do banco de dados: é necessário, nessa etapa as informações sobre o fluxograma dos processos envolvidos na planta e seus instrumentos, lista de endereços dos dados ou dos registradores do CLP, lista de alarmes, desenvolver um sistema de nomes de variáveis seguindo uma lógica, organizar essas variáveis de forma que facilite o manuseio, escolher a classe de varredura (scan), isto é, a velocidade que será feita a leitura destas variáveis e atualizadas no banco de dados; 4. Planejamento dos alarmes: nesta etapa orienta-se obter sempre a aprovação dos responsáveis técnicos pelo processo, verificando as condições de acionamento dos alarmes, escolha de qual maneira será notificado o operador, quais providências e ações serão tomadas para intervenção do alarme. Um ponto critico, que deve-se tomar cuidado neste momento do desenvolvimento do sistema, está no aparecimento simultâneo de um número elevado de alarmes, como também a repetição de certos alarmes que podem atrapalhar na operação do sistema; 5. Planejamento da hierarquia de navegação entre telas: a hierarquia das telas de navegação consiste em fornecer progressivamente detalhes das plantas e seus constituintes, conforme o usuário navega através do aplicativo. Uma boa organização, guiando o serviço do operador, torna o sistema mais claro e eficiente; 6. Desenho das telas: Essa é uma etapa fundamental para aumentar a eficiência do sistema, bem como ajudar o usuário em sua utilização. Para isso, deve-se considerar alguns pontos: Ser consistente no uso de símbolos e cores, nomes de

29 27 botões, usar símbolos que possam ser facilmente reconhecidos, obter consistência na aparência entre todas as telas, seguindo um padrão na colocação das informações sempre no mesmo lugar dentro de cada tela; 7. Gráfico de tendência dentro das telas: os gráficos de tendência mostram como determinadas variáveis do processo mudam ao longo do tempo, através de sua imagem gráfica, podendo possuir vários indicadores com diferentes cores para se obter uma fácil comparação entre dados. Os dados plotados podem ser obtidos em tempo real, dependendo do tempo de scan dos CLPs, ou podem vir de um histórico arquivado. Com base nessas informações o operador terá uma melhor condição de avaliar as situações críticas do sistema; 8. Planejamento do sistema de segurança: a segurança do sistema depende e muito da restrição do acesso das pessoas ao sistema, recomenda-se que todas os acessos sejam registrados para permitir auditorias futuras; 9. Padrão industrial de desenvolvimento: atualmente, o que se predomina em sistemas supervisórios é o padrão Windows, baseado no padrão da Microsoft de interface homem-máquina, o qual possibilita a redução do tempo de aprendizagem caso o operador já esteja familiarizado com este ambiente de trabalho. 2.4 VANTAGENS E DESVANTEGENS DE UM SISTEMA DE SUPERVISÃO Conforme Vianna (2008), em caso de comparação com os painéis industriais, a utilização de sistemas de supervisão apresenta uma série de vantagens, como por exemplo: Redução de gastos com montagem de painéis de controle e projeto; Redução de custos da aquisição de instrumentos de painel, pois no sistema SCADA são virtuais; Eliminação de custos com peças de reposição, pois tratam-se de instrumentos virtuais; Redução de espaço necessário para a sala de controle; Dados disponíveis em formato eletrônico, facilitando a geração de relatórios;

30 28 Praticidade da operação, pois os instrumentos são apresentados ao operador em um simples clique do dispositivo apontador. Como uma principal desvantagem deste tipo de sistema, está na necessidade da existência de mão de obra capacitada para desenvolver o software bem como prestar serviço de suporte do mesmo.

31 29 3 SISTEMAS SUPERVISÓRIOS COMERCIAIS Neste capitulo serão abordados alguns exemplos de softwares de supervisão de processos industriais e suas principais características, auxiliando na escolha no momento de definir qual sistema será utilizado para determinada aplicação, podendo assim gerar um melhoramento no desempenho do sistema de uma forma geral. 3.1 ELIPSE A Elipse Software possui sua sede em Porto Alegre, atuando no mercado de automação há mais de 20 anos, desenvolvendo soluções em softwares HMI/SCADA e interfaces para os mais diversos sistemas. A empresa iniciou suas atividades em 1988, desenvolvendo softwares sob medidas para processos de automação industrial. No inicio da década de 90, começou a se dedicar única e exclusivamente ao desenvolvimento e comercialização do Elipse 21, um software de supervisão e controle de processos baseado no sistema operacional MS-DOS. Logo após, com o avanço do sistema Windows no mercado, foi lançado o Elipse Windows, acompanhando a popularização desde sistema operacional. Atualmente a Elipse Softwares apresenta ao mercado o Elipse SCADA, o E3, o Elipse Plant Manager e o Elipse Power, que estão disponíveis ao mercado internacional, em quatro idiomas: inglês, espanhol, alemão e português (ELIPSE, 2010) Elipse SCADA O Elipse SCADA permite a criação e a execução de aplicativos HMI e SCADA para processos de qualquer natureza, possuindo uma coleta de dados de diversos tipos de equipamentos, adquirindo os dados em tempo real e apresentando em tela para um resultado com menos perdas e grandes níveis de qualidade do produto final (ELIPSE SOFTWARE LTDA, 2008). O software já apresenta recursos disponíveis referentes a botões, gráficos, displays e animações, além de uma extensa biblioteca gráfica de desenhos, possibilitando a

32 30 personalização destas bibliotecas com imagens de vários formatos. Um exemplo de aplicação no Elipse SCADA pode ser vista na figura 10. Figura 10 - Elipse SCADA Fonte: Elipse Software Ltda, 2008 Conforme Elipse Software Ltda (2008), há três pacotes disponíveis do Elipse SCADA, são eles: o Elipse VIEW, que é um pacote ideal para construção de interfaces de operação para monitoração e acionamentos. Permite a visualização de variáveis, inclusive com a utilização de animações, programação de set points, controle de acesso e funções especiais para touchscreen. Elipse MMI que é um software de supervisão completo, que possui banco de dados proprietário, relatórios formatados, históricos, receitas, alarmes, etc. Pode ainda, ser um servidor de dados para outras estações Elipse; Elipse PRO: A mais avançada ferramenta do Elipse SCADA, além de todas as funcionalidades do Pacote MMI, também permite trocar dados em tempo real com outras estações, transferir e atualizar bancos de dados, realizar comandos e programar set points através da rede. Há também uma versão que foi desenvolvida para aplicação em sistemas de geração, transmissão e distribuição de energia, chamada de Elipse Power. O Elipse Power permite o

33 31 seqüenciamento de eventos com precisão de 1 ms (mili segundo), oscilografia e telesupervisão. É possível também sincronizar o relógio do computador que controla o processo com equipamentos remotos via GPS (Global Positioning System). Como ferramentas adicionais a Elipse disponibiliza para o Elipse SCADA o Elipse Web, que é a ferramenta que possibilita a utilização do sistema através de internet, permitindo uma comunicação em tempo real, utilizando Internet Explorer ou Netscape, sendo que a internet pode vir a ser utilizada em conexões com aplicações remotas, pois o programa comporta comunicação com seus periféricos Intranet (via protocolos TCP/IP ou IPX/SPX), Internet (Elipse WEB), linha discada ou linha privada, satélites, links de rádio ou serial. Com relação aos drives de comunicação, o Elipse SCADA possui mais de 400 em seu pacote básico para comunicação com os equipamentos mais utilizados no mercado, que estão disponíveis pela empresa aos seus usuários. Além da grande capacidade de comunicação com equipamentos o software possui uma integração com qualquer base de dados, através de recursos ODBC (Open DataBase Connectivity) e DAO (Data Access Objects). Dentre os bancos de dados disponíveis temos o SQL Server, Microsoft Access, Oracle e DBase, como também é possível a integração com sistemas corporativos (ERP) como o SAP. Referente a alarmes, é permitida a utilização de até 999 níveis de prioridade e associação de diferente tarefas, podendo separar os alarmes em grupos com gravação de dados em bancos de dados separados. A programação destes alarmes, como também de qualquer lógica dentro do Elipse SCADA é feita em uma linguagem própria, chamada de Elipse Basic, muito semelhante ao Visual Basic. A Elipse disponibiliza, o download, na página da empresa, de um demonstrativo do software, onde está liberado ao usuário a maioria de suas funcionalidades, limitando a quantidade de tags utilizado em cada aplicação. (ELIPSE SOFTWARE LTDA, 2008) Elipse E3 Conforme Elipse (2010), o software E3 foi desenvolvido totalmente voltado para operações em rede e aplicações de controle distribuído, oferece ao seu usuário uma enorme ferramenta de modelos de objetos, uma poderosa interface gráfica, além de modernos requisitos de conectividade, flexibilidade e confiabilidade. O E3 pode ser executado nos sistemas operacionais: Microsoft Windows XP SP2, Server 2003 SP2, Vista SP1 e Server

34 SP1, sendo que a interface gráfica com o operador pode também ser executada através da internet ou intranet via Internet Explorer. Os sistemas constituídos pelo E3, geralmente utilizam de coleta de dados em tempo real dos equipamentos de aquisição de dados ou dos equipamentos de controle. Sua conexão com esses equipamentos se dá por conta de padrões seriais RS232, RS422 ou RS485, rádio ou modem, TCP/IP ou UDP/IP, placa de dados ligadas diretamente no barramento do computador. Após essa conexão física entre o software e os equipamentos de campo, há a necessidade de verificar os módulos de comunicação, que nada mais são que os drivers, que são implementados através de protocolos de domínio público ou privado, apresentados em formato próprio da Elipse Software ou no formato OPC. Em relação ao OPC, além de possuir um cliente OPC, o E3 funciona como Servidor OPC, isso permite que qualquer cliente importe facilmente todos os objetos existentes em execução (tags, I/O, etc.), sejam disponibilizados para equipamentos externos ao E3 (ELIPSE SOFTWARE LTDA, 2010). Os históricos permitem analisar dados de processo no banco de dados para uma analise futura. O E3 possibilita criar tantos arquivos de históricos quanto for necessário, cada um contendo diversas informações sobre tags variados. Estes dados são armazenados nos bancos de dados que além de ser utilizado para armazenar as informações do projeto referente a históricos, também podem armazenar fórmulas, alarmes e storage. Este banco de dados do E3 pode ser nos formatos Access, Oracle e Microsoft SQL Server. O E3 fornece dois tipos de bibliotecas ao usuário: a Galeria contendo mais de 3000 símbolos gráficos básicos, contendo também: símbolos internacionais, formatos básicos, canos, dutos, válvulas etc. como mostrado na figura 11; e a biblioteca ElipseX que é gerada pelo usuário podendo conter, além de desenhos, variáveis internas que necessitam ser exportada, lógicas de programação etc.

35 33 Figura 11 Biblioteca de símbolos Galeria Fonte Elipse, 2010 As funções básicas do E3 são divididas em módulos independentes, capazes de processar atividades específicas, sendo composto de um núcleo responsável por unir e coordenar o trabalho dos outros módulos. Este programa possui quatro programas principais que são: E3 Server É o coordenador de todos os módulos do E3, sendo o servidor de aplicação, onde os principais processos são executados (comunicação em tempo real com os equipamentos de campo, controlar os acesso dos usuários, enviar dados e telas a todos que estiverem conectados a internet ou intranet, distribuir entre outros E3 Servers as cargas de processamento entre as máquinas). E3 Studio É o ambiente de desenvolvimento do E3 (figura 12), sendo moderno e amigável, possui um completo editor gráfico e de scripts, sua interface gráfica é muito semelhante aos programas do Office Uma grande vantagem é que o E3 Studio permite que o projeto seja editado por várias pessoas ao mesmo tempo utilizando uma conexão para se comunicar com o E3 Server.

36 34 Figura 12 Edição de telas no Studio E3 Fonte: Elipse, 2010 E3 Viewer É a interface com o usuário no momento da execução do processo, mostrando as telas em execução e permitindo a operação do sistema, sendo que pode ser executado de qualquer ponto da rede que tenha acesso ao E3 Server. Há sempre a necessidade que o projeto da aplicação resida somente no servidor, possibilitando ao Viewer no caso que o servidor seja desligado ou com alguma falha, passe para o próximo servidor disponível, sem que interrompa a monitoração do processo. No caso de utilização do navegador Internet Explorer é utilizado o E3 WebViewer que é um componente ActiveX que faz que o navegador se comporte exatamente como o E3 Viewer. E3 Admin Este módulo é o responsável pela integração do E3 Server e os demais módulos. Está disponível pela empresa também outros pacotes e ferramentas que auxiliam em determinadas tarefas ou ações, como por exemplo, o E3 Storage que é um módulo alternativo de gravação de históricos de forma mais compacta, rápida e eficiente, permitindo uma compactação que chega até 93% nos dados. Possui também a ferramenta E3 Playback, que permite a interpretação de ocorrências passadas, utilizando as mesmas telas de supervisão do E3, exibindo valores, animação, estados e gráficos de qualquer momento passado da aplicação, como se estivessem acontecendo em tempo real.

37 35 Há outras versões do E3, que são versões voltadas a aplicações mais simples, chamadas de E3 IHM e E3 Lite. O E3 IHM é uma interface para operação local, com capacidade de comunicação, mas sem registro de dados em disco, já o E3 Lite, é uma versão com menor capacidade de registros de dados no banco, número de tags, históricos e relatórios. (ELIPSE, 2010) 3.2 WONDERWARE A Wonderware Corporation, foi fundada em 1987 e possui sua sede em Irvine na Califórnia, surgiu com o intuito de desenvolver e comercializar softwares de interface homem-máquina para o uso em computadores IBM PC e compatíveis. As principais metas de seus fundadores foi: desenvolver ferramentas gráficas orientadas a objetos para aderir ao padrão Microsoft Windows. Lançou em 1989 seu principal produto, o InTouch. A partir de 1993 a Wonderware começou a desenvolver produtos complementares ao InTouch permitindo ao usuário realizar tarefas adicionais a automação. Assim, nos anos seguintes, a Wonderware passou a fornecer produtos que incluem softwares de supervisão, administração de recursos e trabalho em processos para indústrias de manufaturas, de processos contínuos ou a produção a batelada (WONDERWARE, 2010) InTouch Conforme Vianna (2008), o InTouch é um conjunto de softwares focados num mesmo objetivo, a criação de telas gráficas de interação com os equipamentos de campo. Entre eles temos o Windows Maker, o Windows Viewer, o NetDDE, SPC, Recipe, SQL, os Drivers e o InTouch. O Windows Maker se destina a criação das janelas e das animações, ou seja, é o ambiente de criação do InTouch. Já o Windows Viewer é utilizado na execução do processo, apresentando as telas, objetos e animações criados no Windows Maker. Na instalação do software, é exigido possuir uma máquina cujas características depende da versão que será utilizada. A versão mais recente do InTouch é a versão 10.1 que necessita de um computador Pentiun 100MHz, com no mínimo de 32MB de memória RAM, sendo recomendado adicionar 8Mb de RAM para cada 5000 tags, espaço livre em disco de 100Mb,

38 36 monitor VGA de 256 cores ou mais, sendo que o software exige como sistema operacional o Windows NT ou Windows 95 instalado. A biblioteca do InTouch já vem equipada com mais de 500 símbolos gráficos, sendo que esta pode ser personalizada pelo usuário modificando e/ou adicionando novos símbolos, ou até mesmo criando uma nova biblioteca para se adequar as necessidades do projeto. O InTouch pode ser utilizado como interface gráfica para outras ferramentas da Wonderware, como o InBatch que é um software de gerenciamento de processos a bateladas, InControl é uma ferramenta para criar, testar e rodar aplicações para controle de processos, permitindo a programação em ladder, texto estruturado ou bloco de função. A figura 13 apresenta o exemplo de uma tela do InTouch (WONDERWARE 2, 2008). Figura 13 - Tela do InTouch Fonte: Wondeware, 2010

39 SMAR A Smar surgiu em meados da década de 70, com o objetivo de prestar serviços de campo para a indústria açucareira brasileira. Impulsionados pelo programa Pró-alcool do governo federal, a empresa cresceu rapidamente, e em 1988 tornou-se um dos grandes fabricantes de instrumentos de controle de processos no Brasil (SMAR, 2010) ProcessView Conforme SMAR (2005), o ProcessView trata-se de um sistema de supervisão e controle composto por uma família de soluções de software baseadas em arquitetura OPC, sendo o primeiro pacote de aplicações OPC, SNMP, SCADA e IHM com conexão Web. Foi desenvolvido para obter o máximo de toda a gama de versões dos sistemas operacionais Windows. Juntamente com o ProcessView, é oferecido os seguintes softwares: GraficWorX que é um cliente OPC destinado a criação da IHM, sendo aqui gerado a interface para posterior visualização do operador, podendo ser observado na figura 14; TendWorX esta é uma ferramenta destinada a colação de dados em tempo real, armazenando-os em banco de dados relacional; AlarmWorX é uma ferramenta para o gerenciamento global dos eventos e alarmes da planta; ProjectWorX trata-se de uma gerenciador de projetos centralizando as operações e organizações do projeto, otimizando o tempo de trabalho. Para a instalação deste software da Smar, há a necessidade de possuir 300Mb de espaço livre no disco rígido, placa de vídeo VGA de 256 cores ou mais, no mínimo de 64 Mb de memória RAM e conter o Windows instalado (95, 98, 2000, XP ou NT 4.0) com o Internet Explorer 4.0 ou superior. Referente aos bancos de dados, o ProcessView comporta comunicação com os bancos de dados Microsoft SQL Server, Oracle, Microsoft Access, SAP, Plant Historians e qualquer fonte de dados compatível com ODBC (SMAR, 2005).

40 38 Figura 14 GraficWorX Fonte: Smar, SIEMENS A Siemens surgiu a mais de 160 anos, exatamente em 1847 em Berlin na Alemanha, trabalhando com projeto de telégrafo de ponteiro. Após o período de reconstrução pós a segunda guerra mundial, a empresa iniciou a atuar na área de semicondutores e tecnologia de dados. No começo da década de 70, a Siemens se firma no mercado elétrico dos Estados Unidos, Europa Ocidental e Ásia, passando a agregar a área de telecomunicação. Apenas no Brasil a empresa já tem 105 anos de existência, com aproximadamente 13 fábricas e 6 centros de pesquisa e desenvolvimento (SIEMENS, 2010) Simatic WinCC O Simatic WinCC é um software bastante flexível, foi projetado para não pertencer apenas à indústria e tecnologia, podendo ser usado em tanto em processos simples, como em

41 39 grandes projetos com processos complexos de sistemas distribuídos. A tela de desenvolvimento do Simatic WinCC pode ser vista na figura 15 (SIEMENS, 2010). Figura 15 - Graphic Designer WinCC Fonte: Siemens, 2008 A comunicação do WinCC com outros equipamentos é vasta, pois além de possuir drivers de comunicação com vários equipamentos possui também a utilização do protocolo OPC. Permite uma comunicação com até 512 tags, sendo possível ampliar esse número para 120 mil tags por servidor. Segundo Siemens (2008), quanto ao arquivamento dos dados utilizados nas aplicações, o WinCC utiliza basicamente o banco de dados Microsoft SQL Server, onde ficam arquivadas informações do processo, eventos, alarmes, trabalhando a uma taxa de até 10 mil valores de processo e 100 mensagens por segundo. Nos alarmes, o WinCC possui uma ferramenta destinada a esse fim, o AlarmControl, que faz o gerenciamento de todos os alarmes, podendo ser configurada pelo usuário final, passando a visualizar de forma personalizada as informações, podendo suprimir as mensagens menos importantes deixando-as em segundo plano e trabalhar com os dados mais urgentes. Passando à parte de segurança, o software oferece controle de acessos de usuários, sendo que fica limitado a 128 usuários por grupos e suportando uma capacidade máxima de 128 grupos, permitindo designar a eles direitos de acesso a diferentes funções.

42 40 Para a utilização deste software é necessário um sistema operacional da Microsoft, sendo mais especifico, possuir o Windows Server 2003, Windows XP Professional ou Windows Vista. Caso seja utilizado o WinCC básico é recomendado pela Siemens que o cliente possua uma máquina com um processador de 1 GHz, 1 Gb de memória RAM, placa de vídeo de 16 Mb, e uma espaço em disco de 1,5 Gb, sendo que o software ocupa 100 Mb. Conforme Siemens (2010), o WinCC oferece algumas outras ferramentas, como por exemplo, WinCC/Redundancy que possibilita ao usuário operar com dois servidores conectados em paralelo e WinCC/Web, que torna a monitoração e até a operação de uma planta, possível através da internet ou intranet. 3.5 GE INTELLIGENT PLATFORMS A GE Intelligent Platforms, é uma empresa com matriz em Charlottesville, Virgínia, e faz parte da GE Enterprise Solutions. Em muitos anos várias marcas líderes de mercado se juntaram à GE Intelligent Platforms, tais como: Total Control Products, CimWorks, DataViews Corporation, AFE Technologies, Computer Dynamics, VMIC, Intellution, SBS, Condor e Radstone. Atualmente a GE Intelligent Platforms opera no mercado de automação, fornecendo placas de computador, sistemas e pacotes de software e ferramentas de produção, sendo que também produz também placas e sistemas utilizados nas telecomunicações, na aviação entre outros (GE INTELLIGENT, 2010) Ifix Conforme GE Intelligent (2010), o ifix oferece um software SCADA com um conjunto amplo de opções de conectividade, arquitetura aberta altamente expansível e modelo de rede distribuída. É ideal para aplicações tão simples quanto nas aplicações IHM típicas, como também na validação para várias aplicações SCADA complexas. A criação de scripts em Visual Basic for Applications (VBA) permite efetuar conexões fáceis a sistemas de nível de TI (Tecnologia da Informação), sendo que a VBA é uma linguagem bastante difundida. Referente ao banco de dados do ifix, o software possui um replicador de informação, sendo que esta duplicação inclui todos os aspectos do banco de

43 41 dados, como tags, alarmes, históricos, garantindo maior confiabilidade e disponibilidade dos dados, assim, apresentando uma maior confiança no controle do processo. Em sua última versão o ifix 5.1, que pode ser visualizada na figura 16, pode-se criar imagens que incluem animações ou gráficos que exibem os dados de histórico para uma análise instantânea e uma flexibilidade extra nas aplicações. Com o ifix 5.1 houve um grande acréscimo no que se diz respeito a históricos e junto com o Proficy Historian v3.5, facilitam o acesso e a visualização dos seus dados de histórico (GE INTELLIGENT PLATAFORMS, 2010). Ainda segundo a GE Intelligent Plataforms (2010), dentre os diversos pacotes que podem ser inclusos no momento de aquisição do software, pode-se destacar o Biometric Toolkit, que utiliza de dados biométricos, sendo que o programador pode utilizar estes dados para liberar acessos a ambientes restritos da planta, ou até mesmo a dados no próprio software. Também estão disponíveis pacotes focados à setores específicos, destinados a reduzir custos, acelerando e melhorando no desenvolvimento do software bem como padronizando suas aplicações, como por exemplo: ipower, especificamente desenvolvido para o setor de eletricidade focando a automação na parte de transmissão, distribuição e subestações e Water Solutions Pack, pacote específico para aplicação em tratamento de água e esgoto. É disponibilizado pelo fabricante uma versão de demonstração para testes, cujo apresenta algumas restrições, como por exemplo, o tempo máximo para execução de até 2 horas. Esta versão demonstrativa, solicitada através da página do fabricante, é encaminhada em um DVD, num prazo de 6 a 12 semanas ao endereço do solicitante. O ifix pode utilizar o sistema operacional o Windows Vista SP1, Windows XP, Windows Server 2008 (32bit) e Windows Server O software pode ser solicitado em diversos idiomas: inglês, francês, alemão, russo, polonês, chinês, coreano e japonês. A figura 16 apresenta algumas telas do ifix 5.1 (GE INTELLIGENT PLATAFORMS, 2010).

44 42 Figura 16 - Telas do ifix 5.1 Fonte: GE Intelligent Plataforms, ELUTIONS A Elutions, sediada em Tampa, Florida, foi fundada em 1992, pela TECO Energia - Tampa Electric Company e era conhecido anteriormente como Tecom. Em setembro de 2006 a empresa adquiriu a Wizcon Systems, com sede em Lyon, França, com o objetivo de ampliar seu alcance em mercados europeus e avançar em soluções para controle automático, baseada na web e soluções de controle industriais (WIZCON, 2010) Wizcon O Wizcon é conjuto de softwares para o desenvolvimento de aplicativos HMI/SCADA, utilizado em aplicações Web e automação industrial. Utiliza como sistema operacional o Windows, oferece ao seu usuário informações históricas e em tempo real do chão de fábrica a todos os níveis da fábrica, podendo também ser utilizado pela internet, onde é visualizado através de um browser padrão sem a necessidade de softwares adicionais ou plug-ins, sendo sua tela principal apresentada na figura 17 (WIZCON, 2010).

45 43 Figura 17 - Tela principal do Wizcon Fonte: Wizcon, 2010 O software fornece ferramentas para troca de dados com outras aplicações e equipamentos, além de suportar interfaces de cliente e/ou servidor OPC. A conectividade de base de dados, geração customizada e padrões de interface de dados são todos endereçados WizSQL & ODB, sendo que o módulo de conexão WizSQL Connection, fornece alta flexibilidade de conexão para a base de aplicação através da interface Microsoft ODBC. Isto permite configuração fácil de troca de dados com outras aplicações e outras bases de dados, incluindo Microsoft SQL Server, Sybase e Oracle. O WizReport é uma ferramenta para tratamento de dados de processos industriais que simplifica a tarefa de gerar relatórios. O WizReport fornece todas as ferramentas necessárias para formatar relatórios, gravar dados em tempo real, realizar cálculos, desenvolver programas compatíveis com Visual Basic for Applications (VBA) e ainda programar a execução de determinadas tarefas. Com o WizReport, pode-se configurar relatórios para rodar automaticamente, baseados em eventos, horários pré-definidos, periodicamente ou de forma manual, conforme necessidade. O WizSheduler é um módulo para o Wizcon que permite aos usuários planejar, programar e executar uma variedade de tarefas baseadas em data e hora. A interface

46 44 calendário permite definir atividades recorrentes ou que aconteçam esporadicamente. (WIZCON, 2010) 3.7 RESUMO DAS CARACTERÍSTICAS DOS SOFTWARES O quadro 1 e 2 apresentam um resumo das principais características dos softwares de supervisão pesquisados e descritos no decorrer do capítulo 3, possibilitando assim, uma melhor visualização, analise e comparação. Biblioteca Bancos de Dados Elipse SCADA E3 InTouch Mais de 3000 símbolos gráficos. Extensa Biblioteca Gráfica. Biblioteca ElipseX. Drivers Mais de 400. Cliente e/ou servidor OPC. Alarmes 999 níveis de prioridade. SQL Server, Access, Oracle e Microsoft Access, Microsoft SQL Oracle e DBase. Server. Sistema Operacional Linguagem de Programação Configuração Básica Microsoft Windows XP SP2, Server 2003 SP2, Vista SP1 e Server 2008 SP1. Mais de 500 símbolos gráficos. Windows NT ou Windows 95 Elipse Basic. Elipse Basic. Ladder, texto estruturado ou bloco de função. Quadro 1 Características dos softwares de supervisão pesquisados Fonte: O Autor Pentiun 100MHz, com no mínimo de 32Mb de memória RAM, espaço livre em disco de 100Mb.

47 45 Process View WinCC Ifix Wizcon Drivers Cliente OPC. Cliente e/ou servidor OPC. Alarmes Bancos de Dados Sistema Operacional Linguagem de Programação Configuração Básica Ferramenta específica, AlarmWorX Microsoft SQL Server, Oracle, Microsoft Access, SAP, Plant Windows 95, 98, 2000, XP ou NT 4.0 com o Internet Explorer Mb de espaço livre no disco rígido, no mínimo de 64 Mb de memória RAM Ferramenta específica, AlarmControl. Microsoft SQL Server. Windows Server 2003, Windows XP Professional ou Windows Vista. Processador de 1 GHz, 1 Gb de memória RAM, placa de vídeo de16 Mb, e um espaço em disco de 100 Mb. Quadro 2 Características dos softwares de supervisão pesquisados Fonte: O Autor Possui um replicador de informação. Windows Vista SP1, Windows XP, Windows Server 2008 (32bit) e Windows Server Visual Basic for Applications (VBA) Microsoft SQL Server, Sybase e Oracle. Windows. Visual Basic for Applications (VBA)

48 46 4 APLICAÇÕES INDUSTRIAIS Neste capitulo serão abordados duas aplicações que utilizam os softwares de supervisão, sendo estes um processo continuo, uma extrusora miniaturizada de polímeros, e um processo discretizado, uma célula flexível de manufatura. 4.1 EXTRUSORA MINIATURIZADA DE POLÍMEROS A aplicação que será abordada é referente ao trabalho realizado no Universidade Tecnológica Federal do Paraná, pelos então acadêmicos Emerson Luiz Scarpin e Luiz Marcelo Michelotti Bettoni, como Trabalho de Conclusão de Curso em Tecnólogo em Eletrônica com ênfase em Automação de Processos Industriais no ano de Este trabalho trata-se de um desenvolvimento de uma máquina de extrusão de plástico em escala reduzida, o qual foi automatizada e desenvolvido o sistema de supervisão e controle através do Elipse SCADA. O principal objetivo do trabalho era automatizar a planta e fazer o controle da temperatura interna da extrusora. Para isso, incorporou-se um software de supervisão para realizar monitoramento, definição de parâmetros e atuação em atividades esporádicas, como pré-aquecimento e paradas emergenciais. O processo de extrusão consiste basicamente em forçar a passagem da matéria prima por uma fenda, por onde será fundida e produzindo um perfilado continuo de dimensões previamente definidas. As extrusoras de polímeros possuem um compartimento denominado canhão, local onde o termoplástico bruto normalmente granulado ou em pó é aquecido a temperaturas controladas. Em seu interior, um fuso roscado e rotacionado de maneira a conduzir o material, sob alta temperatura e pressão, até a ferramenta matriz. A passagem da pasta polimérica pela matriz molda o perfilado, normalmente solidificado por resfriamento seja diretamente em água ou outro meio. Após a extrusão o material pode sofrer modificação de suas características físicas e mecânicas através de outros processos, como o corte e o estiramento, para então ser devidamente acondicionado. Cabe mencionar que a matéria prima normalmente é depositada no funil à temperatura ambiente, através de dosadoras industriais, escoando até o canhão unicamente por gravidade.

49 47 Nos diversos estágios deste processo faz-se necessário o controle da temperatura, pressão e vazão do material, fatores que influenciam diretamente nas características finais do perfilado. Apesar da relevância de todas as variáveis, o domínio da temperatura da massa fundiste é um fator determinante, dada sua elevada influência na maleabilidade, resistência a tração e torção, alongamento e aspecto visual do produto. Conforme apresenta a figura 18, as extrusoras de polímeros possuem um compartimento denominado canhão, que recebe a matéria prima, normalmente é depositada no funil a temperatura ambiente, através de dosadoras industriais e é no canhão por onde o termoplástico bruto, que normalmente está granulado ou em pó, é aquecido a uma temperatura controlada. Para conduzir este material em seu interior que está sob alta temperatura e pressão até a ferramenta matriz, apresenta-se um fuso roscado. A passagem da pasta polimérica pela matriz irá moldar o perfilado, normalmente solidificado por resfriamento, seja diretamente em água ou outro meio. Figura 18 Estrutura de uma extrusora Fonte: Scarpin e Bettoni, 2006 No projeto desenvolvido foi confeccionado uma extrusora mais simplificada, dividindo em dois sistemas, o de fluxo de material (fuso e motor) e de aquecimento em zonas (resistências e sensores), sendo que o aquecimento ficou dividido em quatro zonas, conforme apresenta a figura 19.

50 48 Figura 19 Representação da extrusora desenvolvida Fonte: Scarpin e Bettoni, 2006 O desenvolvimento do sistema de supervisão se deu através da versão demonstrativa do Elipse SCADA. Devido a limitações impostas por uma versão demonstrativa, ocorreram alguns obstáculos no desenvolvimento deste trabalho, como por exemplo o número limite de tags (limitado em 20 tags por aplicação). Apesar dos problemas referentes à quantidade de tags a ser utilizados, o software de supervisão desenvolvido tem a capacidade de monitoramento e a administração do processo, pois o programa possibilita ao usuário habilitar acionamentos, definir parâmetros de controle, acompanhar as variáveis de processo em tempo real e realizar analises através de históricos e relatórios. A tela principal do programa desenvolvido pode ser vista na figura 20. Figura 20 Tela de supervisão do processo Fonte: Scarpin e Bettoni, 2006

51 49 A tela de supervisão do processo apresenta o desenho representativo da extrusora, com uma vista lateral em corte, juntamente com a demonstração da instrumentação utilizada neste processo. Nela também ficam expostos os valores das temperaturas do processo em tempo real, como também as condições dos controladores que estão em ação. Possui ainda animações para representar a rotação do fuso e da correia, como também indicativo de alarmes. Referente a comunicação com o CLP, que no caso foi utilizado o S7-200 da Siemens, utilizou-se um drive (driver freeport) disponível para download na própria pagina da Elipse. Na parte de registros e históricos, o sistema as apresenta durante a execução do aplicativo e diversas variáveis têm seus valores armazenados em histórico para consultas posteriores. Estes registros podem ser recuperados na forma de análises gráficas ou relatórios no formato de texto. A figura 21 apresenta um histórico em formato gráfico. Figura 21 Tela de análise gráfica dos dados do histórico Fonte: Scarpin e Bettoni, 2006 Conforme cita Scarpin e Bettoni (2006), em sua conclusão referente ao software de supervisão desenvolvido, foi possível obter uma interface gráfica de fácil identificação com o processo. Ca interface contém informações para acompanhamento e analise em tempo real e recursos de armazenamento de dados para posteriores consultas em gráficos e relatórios, como também, possibilita que o usuário possa interferir no decorrer do processo, alterando as ações do controle, ou até mesmo desativando o funcionamento da planta caso apresente algum problema. Os autores não citam nenhum problema no decorrer do funcionamento do mesmo,