Sistemas de Supervisão e Aquisição de Dados SCADA - Supervisory Control and Data Aquisition
São sistemas que utilizam software para monitorar e supervisionar as variáveis e os dispositivos de sistemas de controle conectados através de drivers específicos. Estes sistemas podem assumir topologia mono-posto, clienteservidor ou múltiplos servidores-clientes. Atualmente tendem a libertar-se de protocolos de comunicação proprietários, como os dispositivos PACs (Controladores Programáveis para Automação), módulos de entradas/saídas remotas, controladores programáveis (CLPs), registradores, etc., para arquiteturas cliente-servidor OPC (OLE for Process Control). Page 2
Porque a empresa precisa de um sistema SCADA? QUALIDADE Através do monitoramento das variáveis do processo produtivo, (pressão, temperatura, vazão, etc.) é possível determinar níveis ótimos de trabalho. Caso estes níveis saiam da faixa aceitável o SSC pode gerar um alarme na tela, alertando o operador do processo para um eventual problema no processo produtivo. Desta forma, as intervenções no processo são feitas rapidamente, garantindo que o produto final sempre tenha as mesmas características. Page 3
Porque a empresa precisa de um sistema SCADA? REDUÇÃO DE CUSTOS OPERACIONAIS Imagine um processo produtivo com inúmeros instrumentos de medição. Quanto tempo e quantos funcionários especializados seriam necessários para percorrer todo o processo de produção afim de realizar a leitura de todos os instrumentos? Quantas planilhas seriam necessárias e qual a probabilidade de erros humanos? Com um SSC é possível centralizar toda a leitura dos instrumentos de campo, gerar gráficos de tendência e gráficos históricos das variáveis do processo Page 4
Porque a empresa precisa de um sistema SCADA? MAXIMIZAÇÃO DESEMPENHO PRODUÇÃO Através da rapidez da leitura dos instrumentos de campo, as intervenções necessárias podem ser feitas mais rapidamente. Problemas de parada de máquina por defeitos podem ser diagnosticados mais pontualmente e os setup s de máquina também são agilizados. Page 5
Porque a empresa precisa de um sistema SCADA? BASE DE DADOS Os SSC podem coletar os dados do processo produtivo e armazená-los em banco de dados. Estes dados podem ser utilizados para gerar informações importantes, sendo integrados com sistemas MES, ERP, SAP e etc. Podem também fornecer dados em tempo real, para sistemas que realizam cálculos de OEE, sistemas SFC, sistemas de PCP ou similares. OEE - Overall Equipment Effectiveness PCP Planejamento e controle de produção MES - Manufacturing Execution Systems SFC - Shop floor control Page 6
SISTEMA SCADA OBJETIVO O objetivo principal dos sistemas SCADA é propiciar uma interface de alto nível do operador com o processo informando-o "em tempo real" de todos os eventos de importância da planta. Page 7
SISTEMA SCADA VANTAGENS 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 e integração com sistemas ERP (Enterprise Resource Planning) ou SIGE (Sistemas Integrados de Gestão Empresarial); Praticidade da operação, pois os instrumentos são apresentados ao operador em um simples clique do dispositivo apontador; Page 8
SISTEMA SCADA DESVANTAGENS Existe a necessidade de mão-de-obra capacitada para desenvolver as interfaces homem máquina (I.H.M.). Page 9
SISTEMA SCADA FUNÇÕES BÁSICAS DOS SISTEMAS DE CONTROLE E SUPERVISÃO Funções de supervisão: Funções de operação: Funções de controle: Page 10
SISTEMA SCADA FUNÇÕES DE SUPERVISÃO Inclui todos as funções de monitoramento do processo tais como: sinóticos animados, gráficos de tendência de variáveis analógicas e digitais, relatórios em vídeo e impressos, etc. FUNÇÕES DE OPERAÇÃO Atualmente os sistemas SCADA substituíram com vantagens as funções da mesa de controle. As funções de operação incluem: ligar e desligar equipamentos e seqüência de equipamentos, operação de malhas PID, mudança de modo de operação de equipamentos, etc. Page 11
SISTEMA SCADA FUNÇÕES DE CONTROLE Controle DDC ("Digital Direct Control") Alguns sistemas de supervisão possuem uma linguagem que permite definir diretamente ações de controle, sem depender de um nível intermediário de controle representado por remotas inteligentes. Todas as operações de entrada e saída são executadas diretamente através de cartões de I/O ligados diretamente ao barramento do micro, ou por remotas mais simples. Os dados são amostrados, um algoritmo de controle como um controlador PID por exemplo, é executado, e a saída é aplicada ao processo (ação direta sobre uma variável manipulada). Isto entretanto só é possível quando a velocidade do processo assim o permite. Em alguns casos requisitos de confiabilidade tornam desaconselhável este tipo de solução. Page 12
SISTEMA SCADA FUNÇÕES DE CONTROLE Controle Supervisório: Nesta classe de sistemas, os algoritmos de controle são executados pela unidade terminal remota (RTU), mas os set-points para as malhas de controle são calculados dinamicamente pelo sistema de supervisão de acordo com o comportamento global do processo. Esta arquitetura possui maior confiabilidade que os sistemas DDC e traz a vantagem de atuar sobre um grande número de malhas de controle simultaneamente enquanto o operador geralmente só consegue atuar malha a malha com um sistema convencional. Geralmente é utilizada uma interface tipo sistema especialista para definição das regras de controle a nível de supervisão. Este tipo de estratégia é muito utilizado para controle avançado na área mineral onde é comum o modelamento matemático da planta. Page 13
ARQUITETURA SISTEMA SCADA Sistemas centralizados que monitoram e controlam locais inteiros, ou sistemas complexos de áreas grandes Muitas ações de controle são executadas automaticamente através de unidades terminais remotas Normalmente o Supervisório não executa os funções de controle Os dados lidos pelos I/O de campo podem ser armazenados em séries temporais permitindo cria um banco de dados de gerenciamento do sistema, registros históricos e tendências. Page 14
ARQUITETURA SISTEMA SCADA As IHMs eram inicialmente plataformas proprietárias e por isso limitadas em seu campo de atuação. Atualmente, baseadas na plataforma PC, podem, além de desempenhar suas funções básicas descritas anteriormente, gerar relatórios para CEP (Controle Estatístico de Processos), impressão de relatórios, ou se comunicar via Ethernet/TCP-IP à rede corporativa. A IHM é ligada com o banco de dados do sistema SCADA, promove registros, diagnóstico de dados e informação de administração como: procedimentos de manutenção, informação de logística, detalhes de agendamento e guias para resoluções de problemas. Page 15
Os sinópticos fornecem uma representação gráfica geral da planta em substituição aos painéis sinóticos tradicionais. Cada sinótico representa uma área do processo em um certo nível de detalhe. Para se obter uma visão mais detalhada de uma determinada área pode-se recorrer a um novo sinótico, a um sinótico de hierarquia inferior (sub-sinótico), ou a uma visão de uma outra camada do mesmo sinótico (sistema "multi layer"). Para alguns tipos de processo, recomenda-se o uso de um sinótico tipo plano infinito que traz a representação global de uma sistema distribuído geograficamente, tal como um oleoduto, o sistema de controle de tráfego de uma cidade, um sistema de controle de subestações de trens, etc. Esta técnica é denominada full-graphics. Page 16
SISTEMAS SCADA Um sistema de controle e/ou aquisição de dados. Geralmente o sistema de controle de tempo real é constituído de unidade separada da estação de supervisão. Pode ser um ou conjunto de Controlador Lógico Programável (CLP), controlador multloop, controlador single loop, Unidade Terminal Remota (RTU), entre outros. Essas unidades são conectadas aos sensores e atuadores do processo. Convertem os sinais dos sensor para dados digitais e dados digitais de controle para os atuadores. Em alguns casos a estação de supervisão desempenha a tarefa de executar os algoritmos de controle (DDC); Page 17
ARQUITETURA SISTEMAS SCADA Arquitetura local de rede CLP com uso do CLP modular ou compacto. Page 18
ARQUITETURA SISTEMAS SCADA Arquitetura local de CLP com I/O remotos ou distribuídos (RTU de I/O). Page 19
ARQUITETURA SISTEMAS SCADA Arquitetura de rede CLP s Page 20
SISTEMA SCADA SOFTWARE Pacote supervisório básico: programa de execução da IHM, programa de desenvolvimento (construtor de sinóptico) e programa servidor de comunicação ou driver de comunicação. Pacote batch: contém as funções de gerenciamento de processo de batelada. Pacote SPC/SPQ: contém as funções estatísticas para Statistical Process Control, basicamente plotagem automática das cartas de controle e geração de alarmes quando um determinado processo foge de seu comportamento normal. Gerador de relatórios: linguagem de quarta geração para definição de programas pelo próprio usuário; Page 21
Em nenhuma das arquiteturas apresentadas o software de supervisão tem ligação direta com o equipamento de controle. Todo software de supervisão possui pelo menos uma interface de comunicação (OPC, DDE, Suitelink, ActiveX, etc). Esta interface possibilita falar com outro software e este por sua vez possui o protocolo de comunicação com o equipamento de controle. Este software é chamado de servidor de comunicação que pode possuir um ou mais drivers de comunicação para os equipamentos de controle. Page 22
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SISTEMA SCADA DRIVER COMUNICAÇÃO O driver de comunicação funciona como tradutor entre o protocolo do supervisório e equipamento de controle. Este driver de comunicação deve ser especificado em função das seguintes características básicas: Sistema operacional utilizado na estação de supervisão; Protocolos disponíveis no programa de supervisão; Interface e protocolo de comunicação com o equipamento de controle; Fabricante/modelo do equipamento de controle; Page 24
SISTEMA SCADA OPC (OLE for process control) Seu funcionamento é baseado no OLE (Objetc Linking and Embedding) de componentes orientados a objeto, por meio das tecnologias COM e DCOM da Microsoft que permitem que aplicações troquem dados que podem ser acessados por um ou mais computadores que usam uma arquitetura cliente/servidor, mesmo que essas aplicações trabalhem sobre sistemas que utilizem protocolos diferentes. Page 25
SISTEMA SCADA TAGNAME OU VARIÁVEIS EM UM SISTEMA SCADA Sistemas SCADA tipicamente implementam banco de dados chamado de banco de dados de tagname que contém dados dos pontos de I/O e dados de endereços internos de memória do equipamento de controle. O tagname é um espaço da memória da estação de supervisão destinado ao armazenamento de um valor contido em um conjunto chamado de tipo. Em todo o sistema existem basicamente dois conjuntos de variáveis: simples ou primitivas e alguma variáveis compostas formadas a partir das primeiras. Os tipos das variáveis (tagname) primitivas fundamentais são: Numérico: real ou inteira; Discreta (lógica, bit, discret, bool, booleano); Caracter (mensagem ou string). Page 26
SISTEMA SCADA PLANEJAMENTO DO DESENVOLVIMENTO DA IHM Antes de adotar um Sistema Supervisório é necessário efetuar um planejamento para que a escolha do mesmo seja a melhor possível. As etapas que devem compor o planejamento de um Sistema Supervisório são: 1.Entendimento do processo a ser automatizado; 2.Tomada de dados (variáveis); 3.Planejamento do banco de dados; 4.Planejamento dos alarmes; 5.Planejamento da hierarquia de navegação entre telas; 6.Desenho de telas; 7.Gráfico de tendências dentro das telas; 8.Planejamento de um sistema de segurança; 9.Padrão industrial de desenvolvimento. Page 27
SISTEMA SCADA ALGUNS SOFTWARES DE SUPERVISÃO EXISTENTES NO MERCADO Existem no mercado diversos softwares destinados a criação de IHM. Alguns exemplos: Page 28
ELIPSE SCADA SCADA - Supervisory Control and Data Aquisition
1.Introdução; 2.Tags 3.Criação de Telas; 4.Objetos de Tela; 5.Scripts; 6.Históricos; 7.Relatórios; 8.Receitas; 9.Senhas. Page 30
Pacotes do Elipse SCADA Elipse Windows é um software para a criação de aplicativos de supervisão e controle de processos nas mais diversas áreas. Totalmente configurável pelo usuário, permite monitorar variáveis de processo em tempo real, através de gráficos e objetos que estão relacionados com as variáveis físicas de campo. Além disso, o usuário poderá fazer acionamentos e enviar ou receber informações para os equipamentos de aquisição de dados. É possível ainda realizar cálculos através de utilização de linguagem de programação, criar bases de dados históricas, relatórios, receitas, e inclusive supervisionar e controlar um processo à distância. Quando na ausência de um dispositivo de proteção (hardkey), o software pode ser executado em modo de demonstração. O Demo é utilizado para a avaliação do software e possui todos os recursos existentes no Configurador. Trabalha, no entanto, com um máximo de 20 Tags, permitindo a comunicação com equipamentos de aquisição de dados por até 10 minutos, desde que se possua o respectivo driver de comunicação. Não utiliza hardkey e pode ser livremente reproduzido. Page 31
Pacotes do Elipse SCADA Elipse View O Elipse View é indicado para aplicações simples, como por exemplo uma interface com o operador para monitoração e acionamentos. Permite a visualização de variáveis, inclusive com a utilização de animações, programação de setpoints, controle de acesso e funções especiais para touchscreen. Esse pacote inclui: Comunicação com equipamentos via drivers (DLLs); Objetos de Tela; Visualização de alarmes ativos; Comunicação em bloco; Scripts; Servidor e cliente DDE; Page 32
Pacotes do Elipse SCADA Elipse MMI (Man Machine Interface) É um software de supervisão completo. Possui banco de dados proprietário, relatórios formatados, históricos, receitas, alarmes e Controle Estatístico de Processos, facilmente implementáveis. Pode, ainda, ser um servidor da dados para outras estações Elipse. Inclui todos os recursos do pacote View, e mais: Históricos, receitas e relatórios; Controle Estatístico de Processos (Módulo CEP); Objetos de tela Browser (históricos) e alarmes históricos; Registro de alarmes em disco. O Elipse MMI é indicado para sistemas de qualquer porte, onde não sejam necessárias conexões com bancos de dados externos (ODBC e DAO) ou aplicações de rede, e quando o usuário precisa enxergar outras estações de supervisão. Page 33
Pacotes do Elipse SCADA Elipse Pro É um software de supervisão completo. Possui banco de dados proprietário, É a mais avançada ferramenta do Elipse SCADA. Permite trocar dados em tempo real com outras estações, transferir ou atualizar bancos de dados, realizar comandos e programar setpoints através de rede local ou linha discada. Inclui todos os recursos do pacote MMI, e mais: ODBC (Open DataBase Connectivity) e DAO (Data Access Objects); Cliente e servidor de rede Elipse (TCP/IP); Comunicação com equipamentos via OPC e conexão com SoftPLC de terceiros. O Elipse Pro é a solução ideal para a comunicação com sistemas corporativos, pois suporta ODBC, DAO e diversos protocolos de rede. Além disso, esse módulo permite a troca de informações com software dedicado a controle (SoftPLC). Page 34
Pacotes do Elipse SCADA Elipse SCADA CE Este pacote permite executar aplicações Elipse SCADA em dispositivos baseados no sistema operacional Windows CE, como IHMs, dispositivos sem disco em geral e outros dispositivos móveis. Page 35
Ezanchet@fag.edu.br FUNDAÇÃO ASSIS GURGACZ Departamento de Engenharia Controle e Automação Informática Industrial Page 36