ENGENHARIA ELÉTRICA Redes Industriais e supervisórios. Sistemas supervisórios Interface Homem/Máquina

Transcrição

1 Sistemas supervisórios Interface Homem/Máquina

2 IHM: - somente recebe sinais do CLP e do operador; - somente envia sinais para o CLP atuar nos equipamentos instalados na planta; - arquiteturas mais modernas: controlador programável incorporado; - em uma IHM inteligente, o controle da planta é feito pelo CLP. Sistemas Supervisórios: - permite a supervisão e o comando de determinados pontos da planta automatizada.

3 IHM O PLC envia estes sinais por meio de TAG s ou bits para a IHM. Sistemas Supervisórios Apresentam vários tipos de tags que servirão a propósitos distintos.

4 Softwares para Supervisão Programas que permitem a configuração de um Sistema de Supervisão de Processo:

5 Gerência Corporativa Gerência Industrial Integração de Sistemas Gerência de Produção Tempo Real Controle Transacional Transacional Tempo Real Seqüencial Contínuo Discreto Medição

6 Alarmes Chamam a atenção do operador para uma mudança no estado do processo: Tipos de alarmes (verde, amarelo ou vermelho); Intervenção do usuário na ocorrência de alarmes; Hierarquização dos alarmes

7 Planejamento do Sistema Supervisório Planejamento de alarmes 1) sob quais condições os alarmes serão acionados; 2) quais operadores serão notificados por esses alarmes; 3) quais mensagens deverão ser enviadas; 4) quais ações deverão ser tomadas na ocorrência desses alarmes; 5) chamar a atenção do operador sobre uma modificação do estado do processo; 6) sinalizar um objeto antigo; 7) fornecer indicação global sobre o estado do processo.

8 SCADA: Definições Sistemas SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) englobam um conjunto de tecnologias (equipamentos, softwares e padrões) especialmente desenvolvidas para monitorar e controlar processos Industriais; o conceito de SCADA pode ser estendido a outras áreas como Laboratórios, Tráfego, Automação Predial etc. Softwares SCADA típicos oferecem: - Comunicação com equipamentos (máquinas e sensores) em diferentes protocolos; - Registro e Relatórios Históricos - Alarmes e Eventos - Interface Gráfica para Operação de Processos (HMI ou Interface Homem- Máquina) - Integração com softwares externos.

9 ENGENHARIA ELETRICA Componentes Básicos - Centro de Operações(CO) com uma Unidade Mestre (UM), que interage com as Unidades Remotas(URs) e uma Interface Homem-Máquina (IHM) baseada em computador. Uma ou mais Unidades Remotas (URs) que interagem diretamente com os processos. Sistema de comunicação que permite a troca de informações entre o CO e as URs.

10 ENGENHARIA ELETRICA Servidores OPC OLE for Processe Control O Object Linking and Embedding (OLE) para Processos de Controle (OPC) define o padrão para a comunicação de dados de plantas em tempo-real entre dispositivos de controle e interfaces homem máquina (HMIs). O software NI LabVIEW pode se comunicar com qualquer CLP (Controlador Lógico Programável) de diferentes formas. Os Servidores OPC estão disponíveis para todos os CLPs e Controladores Programáveis para Automação (PACs).

11 Sistemas SCADA Principais itens de um SCADA OPC (OLE for process control): Padrão industrial publicado para interconectividade de um sistema. Seu funcionamento é baseado no OLE (Object Linking Embedding) de componentes orientados a objetos. Tipos de OPC: OPC DA Qual o valor da variável x AGORA? OPC HDA Qual o valor da variável x ONTEM? OPC A&E A variável x MUDOU! Trata de alarmes e eventos OPC UA Independe de plataforma.

12 ENGENHARIA ELETRICA Visualizando Tags de CLPs Existentes com o NI OPC Servers Com o NI OPC Servers você pode criar, configurar e visualizar tags que estão associadas aos seus CLPs.

13 ENGENHARIA ELETRICA selecione Channel_0_User_Defined.Sine. Esta opção seleciona o dispositivo a ser monitorado.

14 ENGENHARIA ELETRICA Criando um Novo I/O Server Através do Projeto do LabVIEW

15 ENGENHARIA ELETRICA Configurando o Cliente OPC no I/O Server

16 ENGENHARIA ELETRICA Selecione as Tags OPC para Associá-las às Variáveis Compartilhadas

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18 SCADA Clássico : Arquitetura Simplificada HMI Runtime IDE SCADA Runtime: Core. Alarms&Events, Historian Protocolos I/O

19 SCADA Moderno HMI WEB... API ou Middleware ERP PIMS IDE MES Protocolos I/O: Arquitetura de Drivers ou Plugins

20 Principais SCADA s Nacionais Dominante Outros ActionView ContempView SuperView

21 Sistemas SCADA Funções básicas Permitem uma visualização gráfica com informações do processo por cores e animações; Dão ao projetista um ampla gama de comunicação com os mais diversos tipos de marcas e modelos de equipamentos disponíveis no mercado.

22 Sistemas SCADA Funções básicas Permitem uma visualização gráfica com informações do processo por cores e animações; Dão ao projetista um ampla gama de comunicação com os mais diversos tipos de marcas e modelos de equipamentos disponíveis no mercado.

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24 Sistemas SCADA Principais itens de um SCADA Sistema cliente/servidor: Utilizado quando é necessário visualizar e controlar o processo industrial em mais de um local da planta industrial, com a mesma confiabilidade e precisão do sistema SCADA local; Sistema Web Server: Possibilita o acesso ao sistema via rede de internet, acessando o sistema pelo browser de internet. Apresenta como vantagem um menor investimento para implantação bem como possibilitar a visualização dos dados em dispositivos móveis.

25 Sistema SCADA Principais itens de um SCADA Redundância e Confiabilidade: Aplicado a sistemas industriais que não podem parar. Geralmente, a parada de um sistema industrial deste tipo pode ocasionar prejuízos financeiros imensos ou até mesmo risco a vida; Banco de dados: Dentre os mais conhecidos estão: SQL Server, Oracle e mysql. Geralmente o banco de dados encontram-se instalados em máquinas separadas, porém há casos em que a instalação local também é aplicada.

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27 Sistemas SCADA Principais itens de um SCADA Sinóticos: Telas que possibilitam o monitoramento de um processo industrial; Alarmes: Avisam o usuário quando uma variável ou condição do processo está fora dos valores previstos; Relatórios: Dependem da imaginação do desenvolvedor e da necessidade do cliente. Usualmente são: Relatórios de Alarmes, Acessos e de Variáveis.

28 Sistemas SCADA Principais itens de um SCADA Gráficos Históricos: Possibilita ao usuário avaliar valores de variáveis ao longo do tempo de forma rápida; Tipos de Comunicação e Protocolos: Quanto maior a quantidade de drivers de comunicação, mais flexível será o sistema a ser implantado;.

29 Relatórios e Gráficos de Tendências Acompanhamento dos parâmetros de operação no tempo Informações do histórico de operação

30 Sistemas SCADA Variáveis Conhecidas também como TAGs, representam dados lidos de registradores nos equipamentos supervisionados. Podem ser do tipo: Booleanos, inteiros, floats, data e hora.

31 Sistemas SCADA TAGs Nomenclatura padronizada das variáveis numéricas ou alfanuméricas do processo; Pontos de E/S de dados do processo que está sendo controlado (Temperatura, Vazão, Nível).

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34 Fatores a serem considerados Para espeficação de um Sistema Supervisório deve-se observar os seguintes fatores:

35 Sistemas Supervisórios Requisitos de hardware; Requisitos de sistema operacional; Requisitos de aplicação; Driver de comunicação;

36 Sistemas Supervisórios Um Sistema Supervisório é uma Interface amigável (eficiente e ergonômica). Tem por objetivo a supervisão e muitas vezes o comando de determinados pontos de uma planta automatizada

37 Sistemas Supervisórios Apresentação de dados em tempo real; Telas gráficas que apresentam o estado atual do processo; Relatórios; Gráficos de Tendências; Alarmes; Integração com bancos de dados diversos; Integração com a Internet e novas tecnologias.

38 Sistemas Supervisórios O supervisório opera em dois modos distintos: Modo de desenvolvimento (ambiente onde se criam telas gráficas, animações, programação) e Modo runtime (modo onde se mostra a janela animada, criada no modo de desenvolvimento e no qual se dará a operação integrada com o CLP, durante a automação da planta em tempo real).

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40 Sistemas Supervisórios Hoje os sistemas de supervisão oferecem três funções básicas: Funções de supervisão Inclui todos as funções de monitoramento do processo tais como: sinóticos animados (representação gráfica geral da planta), gráficos de tendência de variáveis analógicas e digitais, relatórios em vídeo e impressos, etc.

41 Sistemas Supervisórios Hoje os sistemas de supervisão oferecem três funções básicas: Funções de operação Atualmente os sistemas supervisórios substituíram com vantagens as funções da mesa de controle. As funções de operação incluem: Ligar e desligar equipamentos e sequência de equipamentos, operação de malhas PID, mudança de modo de operação de equipamentos, etc.

42 Sistemas Supervisórios Hoje os sistemas de supervisão oferecem três funções básicas: Funções de controle Controle DCC (Controle digital direto) e Controle SDCD (Sistema digital de controle Distribuido).

43 Sistemas Supervisórios Controle DCC (Controle digital direto) Vantagens: Os dispositivos são mantidos juntos em uma única sala; Aumento da produtividade, sendo preferidos em aplicações em que alta eficiência de processamento é necessária; Grande precisão das ações de controle; Redução do consumo de energia; Aumento do tempo útil de operação.

44 Sistemas Supervisórios Controle DCC (Controle digital direto) Limitações: Grande complexidade; Alto custo de desenvolvimento, manutenção e engenharia; Baixa tolerância a falhas.

45 Sistemas Supervisórios Controle DCC (Controle digital direto)

46 Sistemas Supervisórios Controle SDCD (Sistema digital de controle Distribuido) Uma sala de controle e supervisão global (central) microprocessada em rede com outros controladores de responsabilidade local. É adequado a processos com grande número de variáveis contínuas e concentradas geograficamente. Em relação à distribuição das tarefas de controle, este sistema é completamente centralizado. Somente as atuações de baixo nível e as informações dos sensores são distribuídas.

47 Sistemas Supervisórios Controle SDCD (Sistema digital de controle Distribuido)

48 Planejamento do Sistema Supervisório 1) Entendimento do processo a ser automatizado; 2) Tomada de dados (variáveis); 3) Planejamento do banco de dados; 4) Planejamento dos alarmes; 5) Planejamento do hierarquia de navegação entre telas(modelagem); 6) Desenho de telas; 7) Planejamento de um sistema de segurança;

49 Alarmes Chamam a atenção do operador para uma mudança no estado do processo: Tipos de alarmes (verde, amarelo ou vermelho); Intervenção do usuário na ocorrência de alarmes; Hierarquização dos alarmes

50 Planejamento do Sistema Supervisório Planejamento de alarmes 1) sob quais condições os alarmes serão acionados; 2) quais operadores serão notificados por esses alarmes; 3) quais mensagens deverão ser enviadas; 4) quais ações deverão ser tomadas na ocorrência desses alarmes; 5) chamar a atenção do operador sobre uma modificação do estado do processo; 6) sinalizar um objeto antigo; 7) fornecer indicação global sobre o estado do processo.

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52 Entrada de Dados e SetPoints Permitem mudanças na configuração da planta e definições de valores de operação para disparo de alarmes, entre outros: Telas simples e intuitivas

53 Planejamento de uma hierarquia de navegação entre telas O sistema supervisório do processo possui um menu que possibilita a navegação entre telas. A seguir são apresentados exemplos de telas de supervisório.

54 Internet e novas tecnologias Integração com internet Integração com dispositivos móveis Integração com recursos gráficos 3D

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57 Domínio 1. Inicie o E3 Studio selecionando a opção Criar um Domínio novo. O Assistente de Aplicações será aberto.

58 Domínio 2. No Assistente de Aplicações, clique em Avançar, selecione a opção Aplicação Padrão e nomeie o projeto como TreinamentoE3. 3. Ajuste o caminho da aplicação para: C:\TreinamentoE3 e clique em Avançar.

59 Domínio 4. Na próxima janela do assistente, selecione a opção Criar um novo Domínio e use o mesmo nome do projeto.

60 Domínio 5. Escolha a resolução das telas em 1024x768.

61 Driver de comunicação Modbus

62 Configuração e Comunicação Driver Modbus Elipse Scada 1. Selecionar a CPU do CLP 2. Configurar Hardware

63 Configuração e Comunicação Driver Modbus Elipse Scada 3. Configurar a Rede

64 Configuração e Comunicação Driver Modbus Elipse Scada 3. Configuração IP do CLP

65 Configuração e Comunicação Driver Modbus Elipse Scada 4. Configurar a Ethernet

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69 Servidor de dados Objetos que podem ser inseridos no Servidor de Dados

70 Servidor de dados Objetos que podem ser inseridos no Servidor de Dados

71 Simulação de Valores

72 Telas e Quadros

73 Supervisório SCADABR

74 ScadaBR O ScadaBR é um software do tipo SCADA (Supervisory Control and DataAcquisition). Serve para automatizar processos de medição e automação: - acessar e controlar dispositivos físicos como sensores, chaves, motores e outros tipos de máquinas. - salvar dados dos sensores continuamente em uma base de dados, visualizar os históricos, e também receber alarmes, controlar o processo por meio de scripts, etc.

75 ScadaBR As partes que compõem um Sistema Automatizado com Computador: 1 - Processo a ser Controlado; 2 - Barramentos de Comunicação; 3 - Servidor de Aquisição de Dados e Controle Supervisório (SCADA); 4 - Interface do Usuário ou HMI (Human-Machine Interface)

76 Como funciona o ScadaBR? O ScadaBR deve ser instalado em um computador, que será conhecido também como o "servidor da aplicação" ou "Servidor ScadaBR". Tanto as telas "HMI" quanto as configurações do ScadaBR serão acessadas através de um navegador de Internet (Internet Explorer, Mozilla Firefox, Chrome etc.).

77 O ScadaBR no seu computador O ScadaBR sempre executa a partir de um software conhecido como "Servidor de Aplicação Java". O Apache Tomcat é o padrão e já vem no instalador do ScadaBR para Windows. Usuários mais avançados podem rodar o ScadaBR em outros sistemas operacionais, ou usando outros servidores de aplicação. A partir do momento que o servidor de aplicação está no ar, ele vira um "endereço na Internet", que você vai utilizar para acessar com o navegador. O acesso pode ser feito do mesmo computador onde o servidor estiver instalado, ou a partir de outros computadores que estiverem na mesma rede (Intranet). É até possível utilizar o ScadaBR diretamente na Internet, desde que você tenha a experiência e os recursos de infraestrutura para isto.

78 O ScadaBR no seu computador

79 Servlets Máquina Cliente Browser Solicitação e parâmetros Resposta (HTML) Máquina Servidora Servlet Server Servle t Servle t Servle t

80 Sua Aplicação no ScadaBR Em sua aplicação diversos aspectos precisam ser configurados. Os mais importantes são: 1) Datasources e Datapoints - "fontes" de informações, isto é, a configuração dos equipamentos que irão ser fisicamente controlados. Um Datasource pode ser um barramento de comunicações, usando um protocolo do tipo ASCII, Modbus, SQL, OPC e assim por diante - dependendo do tipo de equipamento que você vai conectar.

81 Sua Aplicação no ScadaBR Em sua aplicação diversos aspectos precisam ser configurados. Os mais importantes são: 1) Datasources e Datapoints - Cada Datasource pode ter múltiplos Datapoints, ou "tags", que são os pontos de medição e controle. - por exemplo, um controlador de temperatura (Datasource) pode incluir a diversos datapoints: Temperatura atual, Set-point (temperatura selecionada), potência de saída, etc. Você deve consultar o manual de comunicações do seu equipamento, para identificar qual tipo de Datasource será necessário.

82 Sua Aplicação no ScadaBR Em sua aplicação diversos aspectos precisam ser configurados. Os mais importantes são: 2) Telas ou representações gráficas Onde você consegue criar seus próprios "painéis de controle", ou interface de usuário para operação do sistema. As telas podem incluir monitoramento em "tempo-real" dos datapoints, bem como gráficos, botões, diversos componentes HTML etc.

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84 3) Tratadores de eventos (por exemplo, alarmes de mínimos e máximos): permite o envio de notificações em situações de alerta, ou tomar ações automaticamente com base em ocorrências no sistema. 4) Relatórios: são visualizações do histórico do sistema, incluindo gráficos e estatísticas. 5) Scripts: permite calcular variáveis derivadas de outras, ou programar lógicas de automação.

85 Instalação e comece a explorar O software ScadaBR fica disponível no site do projeto, - procure dentro da seção Downloads. A instalação no Windows é bastante simplificada.

86 Instalação e comece a explorar No menu iniciar será instalado um ícone "Configuração do Tomcat", onde você pode parar, iniciar o ScadaBR, ou definir que o mesmo inicie automaticamente ao ligar o computador. Em alguns computadores, você deve clicar com o botão direito sobre "Configuração do Tomcat" e então selecionar "Executar como administrador". Se ainda não estiver iniciado, clique "Start".

87 Com o ScadaBR rodando, abra um navegador (nossa recomendação é o Mozilla Firefox) e digite o endereço:

88 Primeiro passo: Definição do hardware que será utilizado

89 Segundo passo: Elaboração do código que será inserido no Arduino UNO Incluir as bibliotecas necessárias para que o código a ser inserido no Arduino UNO funcione adequadamente. A comunicação entre o Arduino UNO e o ScadaBR será através do protocolo Modbus. (baixar o arquivo SimpleModbusSlaveV10.zip). Usar da diretiva #define para associarmos a palavra LED ao pino 9 do Arduino UNO.

90 A função modbus_update_comms() é responsável pela comunicação via Modbus, A função pinmode() determina o modo de operação (como saída) do pino onde está conectado o led.

91 Criação do Data Source e seu(s) respectivo(s) Data Point(s) para aquisição de dados Primeiramente é necessário fazer com que o SCADABRidentifique o elemento com o qual irá interagir, chamado dentro do programa de Datasource, de modo que para a criação deste é necessário clicar no ícone correspondente presente na barra de ferramentas.

92 Estabelecer qual tipo de comunicação existirá entre os 2 elementos. Utilizar o protocolo MODBUS através da comunicação serial: selecionar opção Modbus Serial.