Engenharia Elétrica. Laboratório de Automação Industrial. Professor: Marco Shawn M. Machado

Transcrição

1 Engenharia Elétrica Laboratório de Automação Industrial Professor: Marco Shawn M. Machado

2 Introdução Sistemas de Supervisão Industrial

3 Objetivos da Aula Definição; História e introdução à sistemas de supervisão; Benefícios; Aquisição de dados; Características dos sistemas SCADA.

4 Sistemas de supervisão industrial. Aula nº 1 Introdução

5 Sistemas de supervisão industrial. A melhoria da qualidade de vida, o aumento da produtividade, redução de custos, entre outros são fatores que motivam o desenvolvimento de soluções para monitoração e controle envolvendo áreas como informática, robótica, eletro-eletrônica, mecatrônica, etc.

6 Sistemas de supervisão industrial. É um conjunto de ferramentas avançadas, prontas para atender as necessidades de gerenciamento de processos, possibilitando a comunicação com qualquer sistema, desde plantas industriais até automação predial.

7 Com um ou mais computadores ligados numa rede de equipamentos eletrônicos de chão de fábrica, o software de supervisão fornece uma foto instantânea do processo monitorado, com informações como temperatura, pressão, peças produzidas, tempo de máquina parada, etc.

8 Sistemas supervisórios permitem o controle e monitoração de qualquer instalação física ou processo normalmente com a utilização de computadores. Equipamentos coletam os dados das variáveis de campo e estes depois de serem manipulados, analisados, armazenados são apresentados ao usuário. É possível através de uma hierarquia de componentes de automação e controle apresentar uma solução mais completa ao cliente.

9 No começo dos processos de supervisão e controle, sistemas telemétricos permitiam verificar o estado do processo industrial através de painéis com indicadores visuais (lâmpadas e medidores).

10 Sistemas de supervisão industrial. Controle baseado em Computadores: A necessidade de monitorar diversos sinais dentro dos processos de produção de maneira mais eficiente e rápida, impulsiona o uso de computadores em rede conectados a dispositivos, equipamentos e sistemas de instrumentação e controle.

11 Salas de controle (antes): -Sinal padrão pneumático ou hidráulico. -Salas de controle em grandes plantas. - Os instrumentos pneumáticos do painel eram de tamanho grande e eram ligados aos instrumentos de campo através de tubos metálicos ou plásticos.

12 Evolução dos sistemas de supervisão industrial

13 Sistemas de supervisão industrial. Salas de controle UHE Itaipú (antes):

14 Sala de controle mais sofisticada: - Surgimento dos instrumentos eletrônicos robustos. - Mais medições com menor custo dos sensores. - Surgimento de novos sensores para medir variáveis que não podiam ser medidas anteriormente, por meio mecânico ou pneumático. Evolução dos sistemas de supervisão industrial

15 O controlador lógico programável ainda é um dos sistemas de controle mais utilizado na indústria. Conforme a necessidade de monitorar e controlar dispositivos cresceu com o aumento da planta, os CLPs foram distribuídos e os sistemas tornaram-se maiores tornando imprescindível o uso de softwares para supervisão.

16 Sistemas de supervisão industrial. Salas de controle UHE Itaipú:

17 Os softwares são instalados em microcomputadores conectados a uma rede de comunicação de um ou mais controladores lógicos programáveis (CLP's) ligados a um equipamento, uma máquina ou até mesmo a um processo completo de fabricação. Um processo de médio a grande porte chega a ter até 4 ou 5000 pontos de controle, entre variáveis analógicas e digitais.

18 O programa computacional busca as informações no CLP e as exibe de forma animada na tela do computador, na forma de imagens, gráficos, visores de mensagens, forma numérica ou objetos em movimento, como por exemplo, bombas e motores ou mudança de cores do objeto para identificar presença de produto em tanques e tubos ou movimento.

19 Possibilita ainda, a atuação sobre o processo, ativando/desativando elementos, modificando valores ou até mesmo interrompendo um processo. Podem realizar operações matemáticas, lógicas, com vetores ou strings, verificar a condição dos alarmes, gravação das informações em banco de dados, ativação de som, envio de mensagens, etc..

20 Sistemas de supervisão industrial. Os sistemas de instrumentação e controle automático de processos industriais utilizam controladores, registradores, e outros dispositivos individuais, utilizando microprocessadores, ou integrados baseados em computadores. Cada aplicação pode requerer um tipo específico de combinação de sistemas digitais dependendo das especificações.

21 Sistemas de supervisão industrial. Sensores e atuadores; Controladores Lógicos Programáveis (CLP); Sistemas de controle baseado em computadores; Sistema de controle distribuidos (DCS); Controle Supervisório e de Aquisição de Dados (SCADA Supervisory Control and Data Acquisition).

22 Sistemas de supervisão industrial. Controle Supervisório e de Aquisição de Dados (SCADA). - É um sistema baseado em computadores que permite supervisionar e controlar à distância uma instalação de qualquer tipo. - É possível um sistema SCADA em qualquer nível de controle do processo.

23 Sistemas de supervisão industrial.

24 Sistemas de supervisão industrial. Cliente Web Browser Cliente Web Browser TCP/IP Inalámbrico Cliente Web Browser Cliente Web Browser Modem Internet, Intranet, LAN Firewall Central de Base de Datos Nodo SCADA Nodo SCADA Area Local Instrumento IP Instrumento Dispositivo Activado por IP PLC PLC Microcontrolador

25 Sistemas de supervisão industrial. Funções de um sistema SCADA: Receber, armazenar e mostrar informação, de forma contínua e confiável, correspondente à sinalização de campo: estados de dispositivos, medições, alarmes, etc. Executar ações de controle iniciadas pelo operador, tais como: abrir ou fechar válvulas, partir ou parar motores, etc. Alertar ao operador de mudanças detectadas na planta, tanto situações que não se considerem normais (alarmes), como mudanças que se produzam em operações diárias. Estas mudanças devem ser armazenadas pelo sistema para a sua posterior análise. Aplicações em geral, baseadas em informações obtidas pelo sistema, tais como: reportes, gráficos de tendência, histórico de variáveis, cálculos, predições, detecção de problemas, etc.

26 Sistemas de supervisão industrial. SCADA significa Supervisão, Controle e Aquisição de Dados. É uma tecnologia que permite colecionar informações locais e remotas de um ou mais pontos, enviar instruções de controle e realizar tarefas de supervisão por parte da administração do sistema. O SCADA faz com que visitas às estações remotas não sejam necessárias.

27 Sistemas de supervisão industrial. O SCADA permite ao operador ter em uma estação central o controle do processo distribuído, para poder modificar os Valores de Referência dos controladores situados à distância, abrir ou fechar válvulas ou comutadores, monitorar alarmes e armazenar informação. Se as distâncias são consideráveis há uma maior eficiência.

28 Benefícios de um software de supervisão Informações instantâneas; Redução no tempo de produção; Redução de custos de produção; Precisão das informações; Detecção de falhas; Aumento da qualidade; Aumento da produtividade.

29 Sistemas de supervisão industrial Vantagens: Desenho com interface amigável (Xwindows); Controle automático; Processamento Off-Line e On-Line; Ambiente integrado; Manipulação extensiva de dados; Elevada saída de dados (throughput); Resposta em Tempo Real.

30 Sistemas de supervisão industrial Sistema de monitoração: Estado remoto(digital); Acumulação de pulsos; Estado remoto(analógicos); Seqüência de estados de eventos; Seqüências analógicas de eventos.

31 Sistemas de supervisão industrial Sistemas de controle: Interruptor elétrico de controle; Despacho de carga; Redução de perdas; Isolamento de falhas; Restauração de serviços.

32 Sistemas de supervisão industrial Sistemas de administração: Dados do sistema; Armazenamento de estados; Análises do sistema; Seqüência de eventos e análises; Redução de perdas; Analises de atividades.

33 Sistemas de supervisão industrial Características: Resposta a eventos externos em um tempo máximo; Drivers de comunicações com os sensores e atuadores; Alto nível de segurança; De tempo infinito, o que significa que devem estar preparados para autorecuperar-se de situações de exceção.

34 Controle c/ computador Supervisório - Uso do computador para estabelecer o ponto de ajuste e outros parâmetros dos controladores analógicos, para evitar a perda do sinal para os elementos finais de controle, quando o computador parasse. Era necessário um sistema redundante para auxiliar os operadores.

35 Controle Supervisório e Aquisição de Dados (SCADA) Tipos dados coletados e armazenados: Analógicos (Contínuos no tempo): corrente de 4 a 20 ma CC; tensão de mv de células de carga; tensão de termopares dos tipos J, K, R, S, T e outros; resistências detectoras de temperatura, pulsos de turbinas medidoras de vazão, freqüência de sinais de transmissores de vazão magnéticos; Etc.

36 Controle Supervisório e Aquisição de Dados (SCADA) Tipos dados coletados e armazenados: Discretos (Possuem dois estados): Dados discretos são as saídas de chave, que podem ser 0 ou 1. Exemplos: Motores ou bombas ligadas ou desligadas, chaves abertas ou fechadas, válvulas acionadas ou não, sinalizações acesas ou não, etc.

37 Controle Supervisório e Aquisição de Dados (SCADA)

38 Aquisição de dados A aquisição das informações de processo se dá através de equipamentos de aquisição de dados, tipicamente CLPs (Controlador Lógico Programável) ou placas de aquisição de dados. O CLP recebe as informações, processa os dados e atua num sensor ou equipamento. A comunicação do CLP com o computador é feita através da porta serial RS-232 ou diretamente pelas placas de aquisição.

39 Uma vez que as informações ficam disponíveis, o software de supervisão mostra, em telas gráficas e em tempo real, o status do processo. Os dados podem ficar armazenados, permitindo análises históricas, relatórios e até controle estatístico do processo.

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41 Relembrando... O que é um sistema supervisório? É um sistema de hardware e software que permite ao operador ter informações em tempo real (online) de um processo. Quais informações? Estado operacional de um equipamento ou processo; Valores de variáveis de uma máquina ou processo; Alarmes; Relatórios; Gráficos de tendência, etc.

42 Relembrando... Quais as vantagens de um sistema supervisório? Informações instantâneas; Redução no tempo de produção; Redução de custos de produção; Precisão das informações; Detecção de falhas; Aumento da qualidade; Aumento da produtividade.

43 Sistemas de supervisão industrial. Existem vários fornecedores de softwares de supervisão no mercado, nacionais ou não. O software utilizado como modelo nesse livro será o software Elipse SCADA da empresa Elipse Software. O supervisório Elipse é constituído por quatro versões distintas indicadas segundo as necessidades do usuário: Elipse VIEW, Elipse MMI, Elipse PRO e Power.

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45 Sistemas de supervisão industrial. Elipse SCADA - características: Interface gráfica intuitiva; Base de dados; Comunicação com equipamentos; Geração de históricos; Verificação de alarmes; Atuação por eventos (scripts); Relatórios gráficos; Criação de receitas; Conectividade com banco de dados; Controle de acesso; Acesso remoto via internet; Captura e registro de imagens.

46 Sistemas de supervisão industrial Tela exemplo Elipse SCADA

47 Sistemas de supervisão industrial. Exercícios: 1) O que quer dizer SCADA? 2) Cite aplicações onde podemos utilizar sistemas SCADA. 3) Qual é a idéia principal dos sistemas SCADA? 4) Cite alguns componentes dos sistemas SCADA.

48 Sistemas de supervisão industrial. Exercícios : Respostas 1) O que quer dizer SCADA? SCADA Supervisory, Control And Data Acquisition ou em português, Supervisão, Controle e Aquisição de Dados.

49 Sistemas de supervisão industrial. 2) Cite aplicações onde podemos utilizar os sistemas SCADA? - Centrais hidrelétricas, linhas de distribuição e transmissão, de acordo com a necessidade da demanda podem-se comandar interruptores e monitorar continuamente os dispositivos. - Controle de processos de produção de petróleo, incluindo sistemas de armazenamento, medições de fluxo e controle de bombas e motores.

50 Sistemas de supervisão industrial. Exemplos - Mineração:

51 Sistemas de supervisão industrial. Exemplos Extração de petróleo:

52 Sistemas de supervisão industrial. Exemplos Monitoração predial/urbana:

53 Sistemas de supervisão industrial. Exemplos Monitoração elétrica/água:

54 Sistemas de supervisão industrial Mais exemplos: Tubulações de gás; Transporte, pontes, engenha- Estruturais: ria; Mecânica: indústria automobilística; Eletricidade e instrumentação; Projetos de telecomunicações; Controle de drenagem e contaminação de água; Etc..

55 Sistemas de supervisão industrial. Entre outras aplicações. Alguns sistemas podem possuir milhares de variáveis em tempo real sendo coletadas, bem como milhares de curvas de registro de tendência e alarmes. Podem estar conectados à redes da polícia, bombeiros e serviços de emergência.

56 Sistemas de supervisão industrial. Exercícios - respostas: 3) Qual é a idéia principal dos sistemas SCADA? Monitoração e controle em tempo real de qualquer ponto em qualquer ponto. 4) Cite alguns componentes dos sistemas SCADA. Sensores e atuadores, CLP s, estações remotas, computadores, aplicativos em software, etc.

57 Síntese da Aula: Nessa aula estudamos: Introdução; Histórico; Vantagens dos sistemas de supervisão industrial.