Apostila - Sistemas Supervis_rios e SDCD - MG

SERVIO NACIONAL DE APRENDIZAGEM INDUSTRIALCENTRO TECNOLGICO DE ELETROELETRNICACSAR RODRIGUES

CENATEC

SISTEMAS DIGITAIS DE CONTROLE

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Sistemas Digitais de Controle

NDICE 1. 1.1. SISTEMAS DE CONTROLE Evoluo 3 3 3 4 8 8 8 13 16 16 20 21 24 24 28 30

1.1.1. Controles Locais 1.1.2. Controles Centralizados 1.1.3. Sistemas Digitais 1.2. Arquiteturas De Sistemas Digitais

1.2.1. Sistemas Centralizados 1.2.2. Sistemas Digitais De Controle Distribuido-Sdcd 1.3. 2. 2.1. Comparao Entre Sistemas Convencionais E Sdcd ESTRUTURA DE UM SDCD Sub-sistema de aquisio de dados e controle

2.1.1. Componentes bsicos de uma estao de controle 2.2. Sub-sistema de monitorao e operao

2.2.1. Janelas (Telas) 2.2.2. Componentes bsicos de uma estao de operao 2.3. Sub-sistema de superviso e monitorao

2.3.1. Componentes bsicos do subsistema de superviso e otimizao 32 3. 3.1. SOFTWARE SUPERVISRIO Arquitetura 33 34 36 36 41 46 52 52 52 531

3.1.1. Base de Dados 3.1.2. Configurao da interface de operao 3.1.3. Configurao dos mdulos aplicativos 3.1.4. Configurao do mdulo de comunicao 4. 4.1. Exerccios de Configurao do Software Supervisrio UNISOFT Exerccio 1

4.1.1. Grupo UniSoft 4.1.2. Selecionando uma Aplicao do UniSoft


4.1.3. Criando uma Nova Aplicao 4.1.4. Apresentao do Toolbar 4.1.5. Criando um bargraph 4.1.6. Capturando um Smbolo da Biblioteca 4.1.7. Agrupando Vrios Objetos 4.2. Exerccio 2

54 55 55 61 63 66 66 70 71 75 75 78 78 82 85 91 91 92 96 97 102

4.2.1. Construindo um Display para Sada de Dados 4.2.2. Criando um tag contador 4.2.3. Criando um Algoritmo Matemtico 4.3. Exerccio 3

4.3.1. Criando um Novo Tag na Planilha Matemtica 4.3.2. Criando um Boto ON/OFF para a Bomba do Tanque 4.3.3. Dinmica de Command 4.3.4. Botes Enchendo / Esvaziando 4.3.5. Criando uma nova tela 4.4. Exerccio 4

4.4.1. Configurando um alarme 4.4.2. Relacionando um Tag a um alarme 4.5. Exerccio 5

4.5.1. Criando a sada grfica 5. ANEXO: Captulo 6 do Manual UNISOFT

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SISTEMAS DE CONTROLEO desenvolvimento do controle industrial tem sido fortemente influenciado pela tecnologia dos microprocessadores que tende a tornar o controle de processo totalmente distribudo. Mesmo antes da revoluo da eletrnica, o controle automtico de processos contnuos j era verdadeiramente distribudo. A diferena fundamental que estes no tinham um funcionamento integrado, muito pelo contrario, funcionavam de forma desorganizada atravs de um conjunto de malhas de controle independentes. As primeiras aplicaes do computador no controle de processos foram forosamente centralizadas devido ao alto custo do mesmo. A tendncia atual integrar todo o sistema, permitindo um controle hierarquizado atravs da introduo de nveis de controle.

EvoluoO controle automtico de processos basicamente desde seus primrdios atravessou algumas modalidades de como o operador iria atuar no processo. Passamos a fazer um resumo histrico dessas fases.

CONTROLES LOCAISAntes da segunda Guerra Mundial o controle automtico era verdadeiramente distribudo. Um fluxo poderia ser controlado tal como mostra na ilustrao.

O controlador era fixado prximo unidade que ele controlava, ao alcance do medidor de fluxo e da vlvula de controle de fluxo. Um registrador permitia ao operador conhecer o comportamento do fluxo durante sua ausncia, bem como estimar a eficincia do processo, pela comparao com outros dados tambm registrados em outros pontos da planta. Embora razoavelmente sofisticados, os controladores de ento no solucionavam trs grandes dificuldades:3


O operador estando em um ponto de controle no tinha informaes do que estava ocorrendo no resto da planta industrial; Alguns controles dependiam do inter-relacionamento de medidas diversas, em pontos diversos, para maior eficincia do processo; o ajuste dos controladores exigia deslocamentos constantes dos operadores ate a rea; Assim sendo esse modo de controle foi ultrapassado, porem cabe salientar que ainda hoje existem malhas de controle de pequena influencia na produo de uma fabrica onde esse modo de controle encontrado.

CONTROLES CENTRALIZADOSCom o desenvolvimento dos transmissores, foi possvel levar os sinais da varivel de processo ate uma sala de controle central onde os controladores/indicadores realizariam as devidas correes e os sinais retornariam ao campo para atuar os elementos finais de controle.

Quando do uso da instrumentao pneumtica isso representa um fator negativo para o controle de processos, devido ao tempo de resposta que o sistema agora teria. Isso porque aumentava-se consideravelmente a distancia entre sensor-controlador e controlador-atuador. Esse inconveniente limitava essas distancias em aproximadamente 50 metros, sem prejuzo significativo para a malha de controle.4


Com o advento da instrumentao eletrnica esse inconveniente foi ultrapassado visto que a velocidade de propagao dos sinais eletrnicos muito rpida, sendo ento a distancia entre campo e sala de controle quase que desprezvel no que se refere ao tempo de resposta. Essa evoluo que se faz presente ate hoje, tem ainda um inconveniente: Numa unidade fabril no existe somente uma sala de controle, mas varias. Cada uma concentra informaes sobre determinada rea da planta industrial. Outra sala de controle outra rea e assim pr diante. Podemos perceber que no existe uma integrao de todas as informaes das variveis da planta industrial. A no existncia de uma nica sala de controle se deve a fatores tcnicos, custos mas principalmente os operacionais. Os fatores tcnicos se justificam basicamente que mesmo utilizando instrumentao eletrnica, o tempo de resposta praticamente nulo, mas grandes distancias iro fazer os sinais percorrem diversos pontos da fabrica ate a chegada na sala de controle. Isso poder gerar degradao dos sinais devidos a rudos induzidos, resistncia e capacitncias elevadas nos cabos de sinais, etc. Outro fator que pesa o custo de implementao de uma sa la de controle pois o material, equipamentos e mo de obra envolvidos numa instalao desse instalao tipo muito mais onerosa quanto maior for a distancia envolvida. O fator operacional que pesa que mesmo na sala de controle tendo somente os controladores, indicadores e registradores o tamanho desses painis comea a ficar muito grande o que dificulta enormemente o trabalho do operador, podendo o mesmo incorrer em erros de operao pela atuao em um controlador errado pr exemplo, devido ao fato dos instrumentos ficarem alinhados um ao lado do outro. Uma forma para tentar se contornar esse inconveniente foi o uso de painis graficos, onde os instrumentos eram montados diretamente num painel sinptico da planta. Isso era excelente do ponto de vista operacional, pois o operador ao atuar num controlador pelo sintico j percebia suas consequencias no processo. A grande desvantagem desse sistema justamente o enorme espao que esse painel ocuparia tornando-o invivel em processos com portes considerveis.

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Hoje em dia existe o que chamamos de painel semi-grfico onde temos em sua parte inferior os instrumentos alinhados e em sua parte superior o painel sinptico do mesmo. Convm ressaltar que o nvel de animao do sinptico bem reduzida devido ao fator espao.

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Pode-se perceber que toda vez que desejamos concentrar esbarrando no problema de espao e confiabilidade de operao.

informaes estamos

Com a chegada dos instrumentos microprocessados o problema de espao foi atenuado, visto que com a instrumentao convencional cada instrumento tinha uma funo definida. Pr exemplo numa malha de controle e totalizao de vazo com transmissor de p, teramos no painel os instrumentos: extrator de raiz quadrada, controlador de vazo, estao automanual, totalizador de vazo. J a mesma malha de controle com instrumentos microprocessados ficaria reduzida a um nico instrumento no painel: o controlador de vazo que incorpora os demais instrumentos. E ainda mais, um nico controlador com o poder de realizar o controle de diversas malhas (controladores multi-loop). Porem agora temos informaes concentradas demais, fazendo com que o operador tenha que ter ateno redobrada, pois um nico instrumento controla varias malhas, ou seja antes o mesmo poderia se enganar no instrumento e agora pode se enganar no ajuste especifico do instrumento o que muito mais fcil de ocorrer. Veremos mais adiante que o que parece ser uma desvantagem nesse sistema ser uma vantagem nos sistemas digitais.

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SISTEMAS DIGITAISCom a evoluo de sistemas eletrnicos de controle, naturalmente surgiram oportunidade de uso dos computadores eletrnicos digitais e trabalhando inicialmente com os conceitos de sistemas centralizados do tipo:DAS (Sistemas de Aquisio de dados Data Aquisition System), SPC ( Sistemas de Controle Supervisrio Set-Point Control) e DDC (Controle Digital Direto Direct Digital Control) e os atuais sistemas distribudos do tipo SDCD.

ARQUITETURAS DE SISTEMAS DIGITAISCom a evoluo de sistemas eletrnicos de controle, naturalmente surgiram oportunidade de uso dos computadores eletrnicos digitais e trabalhando inicialmente com os conceitos de sistemas centralizados do tipo: DAS, SPC e DDC e os atuais sistemas distribudos do tipo SDCD. Veremos agora os conceitos dessas duas fases dos sistemas digitais:

SISTEMAS CENTRALIZADOS SISTEMAS DE AQUISIO DE DADOS-DAS (DATA AQUISITION SYSTEMS)Antes de executar uma tarefa de controle necessrio medir as variveis do processo e, por isto, uma das primeiras aplicaes de computadores digitais em processo foi a de aquisio ou coleta de dados. Os valores das variveis analgicas so multiplexados e convertidas para valores digitais. Os valores destas variveis sofrem um tratamento no qual so comparados com valores limites para validao, transformados em unidades de engenharia, comparados com limites de alarme alto e baixo e armazenados para posterior processamento, que pode envolver calculo de performance, balanos materiais e de energia, acumulaes, mdias, processamento estatstico e outros.

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Estes sistemas apresentam inumeras vantagens para o pessoal de operao e de engenharia de produo, mas pr serem pouco mensu rveis, na maioria dos casos torna-se difcil justificar investimentos em tais sistemas. Suas importantes vantagens: Coleta de dados do processo com preciso, periodicidade e confiabilidade apuradas. Informao dos valores das variveis de processo em unidades de engenharia. Informao de valores de variveis calculadas em funo de outras. Informao de calculo de performance de equipamentos e do processo. Relatrios de produo e calculo de rendimento de produtos. Superviso de variveis gerando alarmes quando detectadas condies anormais. Envio de mensagens de alerta para o operador. Armazenamento de dados histricos para verificao de tendncias estatsticas. e realizao de

Todas estas vantagens iro proporcionar aos operadores um acompanhamento mais apurado do processo tornando as aes de controle mais eficientes. Pr outro lado, a engenharia de processo e de produo disporo de um maior volume de informaes, permitindo conhecer melhor o processo e facilitando assim a sua modelagem e, como consequencia, seu melhor controle e otimizao. O operador obtm informaes sobre o processo, dialogando com o computador atravs de terminais de vdeo, analisando relatrios de balanos, clculos, registros, alarmes e eventos que so fornecidos pelos perifricos de impresso. Baseando-se nestas informaes, o operador ajusta os pontos de controle dos instrumentos convencionais de controle analgico aos quais cabe o efetivo controle das variveis do processo.

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SISTEMAS DE CONTROLE SUPERVISRIO - SPC(SET POINT CONTROL)O sucesso dos sistemas DAS geraram a confiana necessria para o uso dos minicomputadores em tarefas mais crticas como, por exemplo, o controle de algumas variveis importantes do processo. Nos sistemas SPC o computador mantem as mesmas funes de um sistema DAS e alm disso, utiliza o resultado de clculo para atualizar os pontos de controle dos instrumentos analgicos convencionais que controlam efetivamente o processo. Aplica-se o controle SPC em processos em batelada, no controle da sequncia de operaes de abertura e fechamento de vlvulas e dos pontos de controle dos controladores convencionais, que variam de acordo com uma curva pr-determinada. Este tipo de controle tambm muito utilizado quando se quer otimizar a operao de um processo contnuo, como por exemplo, deter minar os pontos timos de controle para minimizar o consumo de energia ou maximizar a produo ou o rendimento de determinados produtos. Os controladores convencionais, neste caso, devem assumir o controle da unidade quando ocorrer alguma falha no computador e, pa ra tanto, eles devem possuir as seguintes caractersticas: Circuito de memria de set point para armazenamentos do ltimo valor recebido. Contato para deteco de falha no computador. Dispositivo de chaveamento de comando pelo computador para comando controlador. pelo de set point

Opes de retomada do set point em caso de falha do computador considerando o seu retorno: - ao ltimo valor lido da varivel - ao ltimo valor do set point do computador - ao ltimo valor lido da varivel e em seguida para um valor pr-estabelecido - a um valor pr-estabelecido Os sistema SPC podem ser de malha aberta ou fechada, sendo no primeiro caso chamado de sistema de "Instruo ao operador". Em ambos os casos o computador calcula os set points timos utilizando modelos matemticos e tericos de otimizao, sendo que no primeiro, ele apenas informa aos operadores o valor timo a ser ajustado e no segundo, manipula diretamente os set points dos controladores.

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Como vantagens teramos: - Adequao tanto em processos contnuos como discretos - Capacidade de executar algortimos de teoria moderna de controle - Capacidade de executar um gerenciamento da produo - Grande preciso das aes de controle - Aumento da produtividade - Reduo do consumo de energia - Aumento do tempo til de operao Como limitaes temos: - Grande complexidade - Alto custo do desenvolvimento e manuteno do software - Alto custo de engenharia - Baixa tolerncia a falhas - Alto custo de alta disponibilidade - Alto custo da instrumentao analgica de back-up

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SISTEMAS DE CONTROLE DIGITAL DIRETO-DDC (DIRECT DIGITAL CONTROL)Num sistema DDC tambm so operacionais as funes dos sistemas DAS e, alm disso, o computador atua diretamente sobre os elementos finais de controle, contornando os controladores analgicos convencionais. Neste caso, os algortimos de controle esto armazenados na memria do computador o que permite uma extensa gama de funes de transferncia alm dos tradicionais P, I E D.

Originalmente, esperava-se que os sistemas DDC pudessem ser justificados pela substituio direta da instrumentao convencio nal. No entanto, posteriormente foi provado que apesar da elevada disponibilidade do computador, sempre haveria a possibilidade de falhas e os operadores relutavam em operar sem uma instrumentao analgica de back-up, j que um mau funcionamento do computador poderia causar a perda simultnea de todo o controle do processo. Entretanto, ainda assim o DDC foi muito utilizado em combinao com o SPC, devido a sua grande flexibilidade e habilidade no uso de tcnicas de controle impossveis de se obter com instrumentos analgicos convencionais. Como uma soluo para os problemas de falha do computador em sistemas DDC, os fornecedores de instrumentos lanaram no mercado as estaes de back-up computadormanual. Num evento de falha do computador, ou caso ele seja posto fora de servio por qualquer outro motivo, a estao memoriza o ltimo valor de sada calculado, e o elemento final de controle permanece na sua ltima posio anterior a falha ou desconexo do computador. Caso o tempo em que o computador esteja fora seja prolongado, a estao pode ser chaveada para o modo de controle manual, onde o sinal de sada pode ser manipulado diretamente pelo operador.

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As vantagens e limitaes de um sistema DDC so as mesmas anteriormente para os sistemas SPC.

apresentadas

As limitaes acrescenta-se o alto custo das estaes de back-up necessrias para prevenir a perda do controle de todo o processo no caso de falha do computador.

SISTEMAS DIGITAIS DE CONTROLE DISTRIBUIDO-SDCDQuestionado o uso dos sistemas DDC, face concentrao da total responsabilidade de operao num nico equipamento, evoluiu- se para uma filosofia de distribuio das funes de controle, tornada possvel com o advento dos microprocessadores de baixo custo, elevado potencial e alta confiabilidade. Nas arquiteturas SDCD o controle no concentrado em um dispositivo central, mas distribudo entre as estaes remotas. A estao central no um elemento essencial continuidade da operao, mas apenas um dispositivo para facilitar e oferecer maiores recursos para a interface do operador com o processo. Nesta arquitetura as informaes so centralizadas embora possa existir salas de controle locais e uma central, o controle funcionalmente distribudo e os controladores so geograficamente centralizados ou no, possuindo as facilidades e recursos da eletrnica moderna dos microprocessadores, redes locais e fibras ticas. O fato da tecnologia baseada em microprocessadores ter tornado-se economicamente aplicvel no projeto de instrumentao para controle de processos industriais, abriu a porta para muitas idias inovadoras e permitiu filosofias de controle que podiam manipular funes de controle significativamente complexas, com a mesma facilidade e to bem como se fossem malhas simples. Novos avanos na tecnologia de microprocessadores vem possibilitando o desenvolvimento de um grande nmero de equipamentos de aquisio de dados e controle de processos que podem ser distribudos ao longo de uma via de dados em uma planta industrial. Cada um desses equipamentos dotado de inteligncia e executa funes especficas. Esta recente disponibilidade encontrada no mercado com grande quantidade de micro computadores com excepcional capacidade computacional e preos relativamente baixos tem tornado possvel a implantao de sistemas digitais de controle distribudo possuindo capacidade e facilidades similares encontradas em um grande, poderoso e caro sistema de controle por computador centralizado e seus perifricos. Os sistemas de processamento distribudo so adequados para uso tanto no controle de processo com tambm em condies de aplicaes comerciais. Devido a seu baixo custo e simplicidade os microprocessadores podem ser distribudos geograficamente ou funcionalmente para executarem funes dedicadas, gerando-se desta forma os sistemas de controle distribudo. Ento os sistemas de controle distribudos so uma srie de microcomputadores(controladores programveis) dedicados e altamente modularizados interligados por uma rede de comunicao digital. Um sistema digital de controle distribudo combina as vantagens do conceito de controle distribudo dos sistemas analgicos mais as vantagens do conceito de operaao centralizada dos sistemas de computadores. Assim sendo o computador fica livre para executar aplicaes mais sofisticadas tais como modelagem matemtica e otimizao do processo.13


A ttulo de comparao temos nas ilustraes seguir a representao de um sistema DDC e um SDCD sendo fcil verificar como um sistema SDCD muito mais flexvel do que um DDC.

Como vantagens temos no controle distribudo: Elevada confiabilidade, garantida pr: - sub sistema de comunicao redundante14


- disponibilidade de mdulos de back-up (baixo custo) - rotinas de auto-diagnstico Elevada flexibilidade de configurao e reconfigurao - Baixo custo de configurao ou reconfigurao - Facilidade de alterao da estratgia de controle - Utilizao de consoles de vdeo com linguagem interativa Interface homem-mquina de alto nvel - Uso de consoles de vdeo coloridos, tecla funcionais, linguagem interativa - Fcil aprendizado pelos operadores - Telas padronizadas de fcil compreenso e manipulao - relatrios impressos - acesso a maior nmero de informaes e execuo de maior funes Menores custos de instalao - Custos de fiao drasticamente reduzidos - Menores painis e salas de controle - Menores problemas com interferncia por induo em sinais DC de baixo nvel Maior facilidade de interligao com computadores digitais - Interface facilitada pelo uso de um "Data Higway" - Alivia carga de CPU do computador na medida em que as encontram-se distribudas Menores custos de desenvolvimento de Software - Grande nmero de funes previamente programadas em firmware funes nmero de

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COMPARAO ENTRE SISTEMAS CONVENCIONAIS E SDCDRelacionados abaixo alguns fatores em que um sistema SDCD permite maior conforto e segunrana no controle de processos: SITUAO PAINEL CONVENCIONAL Praticamente 1 par de cabos para cada informao, ligando o sensor no campo ao painel Dedicada e fixa definidas pela construo do painel SDCD

Cabeamento

Cabo do sensor ligado a uma ECL no campo e a paritr da ECL, barramento digital de dados at a sala de controle Fcil mudana pela configurao do sistema (software)

Configurao

Viso da planta

Instrumentos montados em painis de at 30m de comprimento identificados pelo TAG No possui grande capacidade de registro cronolgico So detectados somente atravs de observao de anomalias da planta

Diferentes tipos de telas grficas em diferentes nveis de detalhes

Registro cronlogico dos eventos

Registra todos os eventos de forma cronolgica

Falhas nos equipamentos

Atravs de alarmes de sistema e auto diagnsticos, so detectados as falhas assim que ocorrem

Registro de variveis

Utiliza registradores comuns do tipo suporte papel grfico e penas sem nenhuma flexibilidade sem grande consumo de papel e tinta

Utiliza registradores em suporte magntico com nveis de infor maoes elevadas podendo incluvise excluir, sobrepor variveis a analisar

ESTRUTURA DE UM SDCD16


Sistemas de controle de processo e outros sistemas usados em condies industriais tpicas envolvem aquisio de dados de sensores e subsequente controle em malha fechada via atuadores acoplados a controladores individualmente. As tarefas a serem executadas por estes controladores podem ser claramente definidas e uma configurao tima pode ser especificada. Uma forma simplificada de processamento distribudo horizontalmente permite que a carga seja compartilhada entre diferentes processadores sem envolver transferncia de programas aplicativos e grande quantidade de dados. Este tipo de processamento distribudo adequado para aquisio de dados e controle de processos industriais. O processamento de dados geral e as funes de controle so analisadas, particionadas e alocadas a diferentes processadores. Assim cada processador tem que executar somente um conjunto especfico e bem determinado de funes. O programa de aplicao requerido para executar tais funes estar residente na memria daquele processador ou sobre um dispositivo de armazenagem de massa acoplado ao mesmo. Similarmente, os dados a serem usados por estes programas de aplicao podero ser tanto armazenados sobre um dispositivo de memria principal ou secundria acoplado ao mesmo ou adquirido diretamente do processo por meio de sensores adequados. Temos ento uma base de dados geral da planta distribuda localmente nos subsistemas formados por cada controlador e seus dispositivos associados.

Em condies de operao, cada controlador responsvel por aquisio de dados, calibrao e pela execuo de qualquer pr-processamento necessrio. Estes dados so ento usados em um ou mais algoritmos de controle que determinam a ao de controle requerida, a qual executada via atuadores interfaceados ao mesmo. Cada um dos processadores ser responsvel pela execuo de qualquer clculo de otimizao necessrios para aquela seo do processo. Uma interface para o operador separada com facilidades de aquisio e controle pode ser prevista. A coordenao do processo obtida pela transferncia, via linha de comunicao, de pequenas quantidades de dados necessrias aos outros controladores. dificil executar uma17


otimizao de processo geral se nenhum dos computadores tem informao completa sobre o estado geral de todo o processo. Desta forma, caso se deseje realizar uma otimizao geral da planta recomendvel a existncia de um computador central com acesso rpido a base de dados de toda a planta e geralmente com uma capacidade computacional maior do que os processadores distribudos. Este computador conhecido como hospedeiro e fica em um nvel hierrquico superior aos processadores distribudos horizontalmente. Temos ento, um sistema com arquitetura mista, isto , processadores distribudos horizontalmente e verticalmente. A maioria dos SDCD associados a outras atividades tais como superviso, coordenao e controle de produo possuem arquitetura mista. De uma forma geral, as funes exercidas por um SDCD podem ser estruturadas de maneira hierrquica, sendo definidos diversos nveis de atividades. De modo a melhor caracterizar um SDCD, vamos agrupar os elementos que o compem em quatro subsistemas de acordo com suas caractersticas funcionais, e mostrar como o atendimento aos nveis hierrquicos acima se coaduna com a caracterizao proposta.

SUBSISTEMA DE AQUISIO DE DADOS E CONTROLEEst diretamente ligado ao processo. A sua principal finalidade a realizao das funes de controle, que so exercidas pelas Estaes de Controle Local (ECL, nveis 0, l e 2).

SUBSISTEMA DE MONITORAO E OPERAONele se concentra a maior parte das funes de Interface Homem-Mquina(Nvel 3).

SUBSISTEMA DE SUPERVISO E OTIMIZAO onde so realizadas (Nveis 3 e 4). as funes de otimizao e gerenciamento de informaes

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SUBSISTEMA DE COMUNICAOPara que seja possvel a realizao de um controle integrado, necessrio que exista uma infra-estrutura de comunicao entre os diversos subsistema. Ento este subsistema ser responsvel pela integrao dos diversos mdulos autnomos do sistema. Em vista do exposto at agora, mostraremos alguns modelos de configuraes de sistemas digitais:

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Sub-sistema de aquisio de dados e controle O objetivo deste grupo de elementos promover a interface direta com o processo e realizar as funes de controle local. importante ressaltar a caracterstica de autonomia destes mdulos, pois mesmo na ausncia das funes de nveis superiores ele deve continuar operando as funes de controle, embora podendo estar degradado segundo algum aspecto especfico. Este subsistema apresenta, na maioria dos SDCD disponveis no mercado, alm dos algoritimos de controle do tipo PID, comuns na instrumentao analgica convencional, uma variada gama de funes que inclui, por exemplo: Controle multivarivel Algortimos de nvel superior Controle "feed-forward" Controle de sequncia Controle lgico Intertravamento Soma, subtrao, multiplicao e diviso Raiz quadrada, Compensadores de presso e temperatura20


Polinmios e logartimos Alarmes de nvel, desvio, velocidade Linearizaes Etc. Dele tambm fazem parte os cartes de interface de entrada e sada com o processo, tais como: Entradas e sadas analgicas Entradas e sadas digitais Entradas de pulsos Multiplexadores Conversores AD e DA Etc. Este subsistema contm tambm as placas de memria que armazenam os microprogramas da funes executveis, das rotinas de diagnosticos de falha, das rotinas de "back-up", etc..., as placa de mdulos para redundncia parcial ou total e os circuitos necessrios a segurana intrnseca. No nvel deste subsistema poder ou no haver um outro subsistema de monitorao e operao local simplificado, conforme mostrado na figura do modelo de referncia. Este subsistema interfaceia-se com os subsistemas de comunicao e com um eventual subsistema simplificado de monitorao local. Componentes bsicos de uma estao de controle formado por um conjunto de controladores capazes de executar as tarefas descritas anteriormente no subsistema de Aquisio de Dados e Controle. Cada um destes controladores implantado por meio de um processador de propsitos especiais locado remotamente, podendo receber informaes de poucas ou vrias entradas digitais e/ou analgicas. Ele pode normalmente enviar de 1 at 16 sinais de atuao analgicos e ou de 1 at centenas de sinais de sada digital. Em sistemas instalados poderemos ter vrios desses controladores instalados em um rack formando uma unidade de controle local.

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Unidade de Controle Local

H outro tipo de controlador baseado em microprocessador que se encaixa na descrio de controlador dada acima. um dispositi vo totalmente independente e que atravs do compartilhamento de tempo controla de 4 a 8 malhas do processo. Ele pode ser programado para fazer uma variedade de tarefas e sua configurao feita localmente ou remotamente. Normalmente montado em painel local. Usualmente o mostrador comum a todas as malhas. O usurio deve ento selecionar a malha que deseja supervisionar. Atravs deste visor ele pode acessar todas as variveis de processo bem como valores do ponto de operao, sada ou valores das constantes de ajustes das malhas. Ele pode tambm selecionar operao manual ou automtica e mudar os valores da sada e ponto de operao. Como os fabricantes desse tipo de equipamento tem fornecido um suporte para interfaceamento com a rede de comunicao, ele considerado como um elemento dos SDCD. Tambm poder ser usado como um equipamento de back-up e redundncia, visto ter sua interface de operao local.

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Controladores lgicos programveis (CLP) tambm fazem a funo de aquisio e controle. Sua funo bsica a de executar tarefas equivalentes a circuitos contatores, temporizadores, e rels encontrando sua maior aplicao em substituio aos paneis de comandos eltricos convencionais( com rels, contatores, etc). Podem tambm realizar a aquisio de sinais analgicos e executar algoritimos PID realimentando o processo por uma sada analgica correspondente.

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Sub-sistema de monitorao e operaoEste subsistema trata especificamente da interface homem-mquina. Por interface homem-mquina entendemos os dispositivos de Hardware que fornecem ao operador um maior controle e um melhor nvel de informao sobre a condio de operao da planta, reduzindo o seu esforo atravs da simplificao dos procedimentos operacionais. So caractersticas normalmente existentes num subsistema de operao e monitorao: Fornecer ao operador um conjunto de informaes sobre o estado de operao da planta, atravs de um nmero de estaes de operao suficiente para atender todas as variveis de interesse do processo; Fornecer ao operador em tempo hbil, informaes num formato que evi dencie a ocorrncia de condies excepcionais de operao (gerncia por exceo), para que providncia imediatas possam ser tomadas; Permitir que variveis de processo sejam agrupadas de maneira que o operador possa realizar uma anlise comparativa entre variveis constituintes de cada grupo; Permitir ao operador a visualizao de informaes em detalhe crescente, dependendo do quanto ele precisa saber ou do quanto ele precisa mudar para corrigir as falhas do processo; Possibilitar o uso simultneo de vrias estaes de operao para que todas as funes disponveis possam ser utilizadas em todas as estaes de operao e estas possam ser instaladas em locais diferen tes. Encapsular procedimentos de operao de forma que seja mais segura e veloz a resposta do operador a ocorrncia de uma irregularidade na planta. Encapsulamento consiste basicamente da utilizao de teclas funcionais. Essas teclas determinam, quando pressionadas, o acionamento de procedimentos de operao, de sorte que toda uma sequncia de operaes possa ser substituida por apenas uma operao. Normalmente, os SDCDs utilizam uma filosofia de gerncia por exceo, mostrando informaes suficientes para o operador saber que tudo corre bem. Quando as condies saem do normal, maiores detalhes podem ser mostrados ou solicitados. As informaes so apresentadas sob a forma de telas grficas. As telas so claras e sucintas. O acmulo de informaes na tela pode prejudicar a visualizao das condies excepcionais. Janelas (Telas) As caractersticas bsicas em termos de janelas (telas) so as seguintes:

Janela de OVERVIEWApresenta de forma bastante simplificada at 300 controladores/indicadores, dispostos em grupos lgicos, arranjados de forma que o operador identifique facilmente as condies de alarme, modo de controle automtico ou manual e grandeza dos desvios.Existem diferentes estilos e maneiras de representar as informaes nestas telas, entretanto, o tipo mais normal utiliza barras para informar o operador. Consiste num conjunto de barras de desvios alinhadas por uma linha de referencia onde as mesmas podem sofrer desvios para cima ou para baixo da linha de referncia. O tamanho da barra representar a grandeza do desvio24


da varivel em relao ao set point ( geralmente configurada para 5 ou 10%). A cor da barra representar as situaes de alarme e modo de operao.

Janela De InstrumentoMostra um face plate (frontal) de um instrumento tpico de painel (controlador; indicador; botoeira; totalizador; etc...), permitindo ao operador verificar mais em detalhes uma seco da planta que precisa ateno.O operador poder ento monitorar e manipular alguns parametros dos controles tais como: set point, transferncia automtico manual, sada para vlvula, etc. Isso cria uma interface de operao bem amigavel, porque o operador de painel continua a operar um instrumento convencional.

Janela de tendncia tempo-realMostra, numa representao grfica e sempre atualizada, a tendncia das variveis de processo nos ltimos 04 a 20 minutos. desejvel que possam ser mostrados simultneamente os grficos de tendncia de mais de uma varivel do processo.

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Janela de histricosA tendncia das variveis de processo ao longo de perodos maiores tais como, horas, dias e meses so apresentados. Os valores mdios nos perodos em questo e o grfico no so atualizado no tempo. Existem recursos do tipo: cancelar a indicao de variveis para se estudar separadamente uma ou mais variveis. Pode dispor de um cursor (linha vertical ) que pode ser movimentado pela tela, fornecendo os pontos de interseco do cursor com as curvas das variveis em unidades de engenharia da varivel naquele ponto.

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OBS: Atualmente existem no mercado softwares de superviso que operam em padres grficos gerenciados por Sistemas Operacionais baseados em janelas (WINDOWS). Isso significa que no existe nesses sistemas telas fixas como visto anteriormente, bem como a hierarquia de navegao das mesmas. O usurio poder na operao abrir as janelas de funes de acordo com suas necessidades tornando o sistema assim muito mais flexvel e amigvel.

Janelas de sinticos de fluxogramas de processoMostram graficamente seces de um fluxograma com os valores das variveis de processo e set points, atualizados continuamente. Os fluxogramas podem apresentar caractersticas adicionais que possibilitem um melhor entendimento dos mesmos, tais como indicao de variaes de nvel e indicao de alarmes, monitorao do trajeto do fluxo pelas tubulaes, indicao dos valores das variveis dinmicamente, etc. Pode-se inclusive ativar o "faceplate" de um controlador numa regio da tela, podendo o operador atuar no mesmo sem sair da tela.

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Componentes bsicos de uma estao de operao formado por um console de operao composto basicamente de um terminal de vdeo, teclado e impressora. Neste conjunto instalado um software de superviso e controle de processos industriais. Os arranjos dos consoles so muitas vezes construdos de maneira que vrias telas so convenientemente alocadas onde um operador possa observar a operao de vrias sees da planta ao mesmo tempo. Podem incluir registradores, chaves crticas, telefone, etc. importante que o sistema fornea os dados do processo de maneira rpida e ordenada para o operador da planta. Tambm necessrio que o operador forncea informaes (dados) e comandos ao sistema.

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O teclado do operador um importante aspecto a ser analisado no console. atravs deste teclado que o operador pode comandar mudanas do set point, tipo de tela e outros dados da malha de controle. Alguns sistemas usam um teclado como mquina de escrever onde as vrias teclas so classificadas e codificadas e desempenham funes especficas no controle do processo. Outros sistemas utilizam um arranjo completamente diferente, onde grupos separados de teclas so arranjados de acordo com sua funo. Podem ser codificadas e coloridas para proporcionar maior facilidade de reconhecimento pelo operador. Esse teclado recebe o nome de teclado de operao.

Exite uma tendncia de alguns fabricantes do software de supervisrios fornecerem um tipo de vdeo conjugado com um sistema de entrada de dados, que recebe o nome de "touch screen" (toque de tela). Esse sistema consiste de um vdeo o qual recebe uma moldura com emissores de luz infra-vermelha de um lado e elementos fotossensveis do outro. Isto cria sobre a tela do monitor uma malha invisvel de luz infra-vermelha. Quando o operador coloca o dedo sobre a tela, os raios luminosos so bloqueados. A moldura percebe isto e informa as coordenadas da tela ao computador onde a tela foi tocada. Nesses sistema a tela previamente29


mostra vrias opes de operao e o usurio deve tocar a regio da tela demarcada pela moldura da opo (geralmente retngulos). Quando registros devem ser mantidos documentados e quando a informao registrada deve ser vista por vrias pessoas, necessita se de impressoras como perifricos. As caractersticas mais marcantes que definem o funcionamento de uma impressora so: Velocidade - geralmente dada em caracteres por segundo (impressoras seriais) ou linhas por minuto (impressoras de linha). Obs. Via de regra quanto mais rpida for a impresso pior ser a qualidade do trabalho impresso. Capacidade da largura da folha - existem de 80 e 132 colunas. Alimentao do papel-Frico de papel ou formulrio contnuo(trao) Gerao dos caracteres Podem ser por cabea j com os caracteres prfrabricados(margarida, esfera) ou as matriciais, onde a cabea formada por agulhas dispostas em matriz no qual cada caracter corresponde a ativao de um conjunto de agulhas. Cabe salientar que a qualidade de impresso das primeiras excelente pois o caracter um bloco impresso contnuo, e no segundo caso ser o agrupamento de pontos formando o caracter. Como desvantagem as primeiras so muito lentas e no permitem a impresso de grficos. Impresso dos caracteres - Podero ser por impacto ou no. Os por impactos so mais lentos e ruidosos, sujeitos a maiores danos mecnicos. Porm o resultado final do trabalho satisfatrio para este ambiente de trabalho. Impressoras sem impacto podem ser trmicas, eletrosensitivas, lasers, jato de tinta. E ainda coloridas(p/hard copy).

Sub-sistema de superviso e monitoraoO subsistema de superviso e otimizao consite de um minicomputador (uso opcional) capaz de executar as funes de superviso total do sistema, otimizao do processo e a gerao de relatrios gerenciais. Suas principais funes e caractersticas so as seguintes: Formatar e indicar condices de alarme nos consoles de vdeo e imprimi-las numa impressora de alarmes, conforme modelo seguir Alimentar janela de sumrio de alarmes com tabela alfanumrica contendo os alarmes ativos, seus estados, reconhecidos ou no, e sua condio de alarme, crtico ou no, horrios de ativao, reconhecimento e desativao. Obs.:Condies de alarmes tambm podem ser visualizados nas janelas de situao geral, grupo e individual. Quaisquer mtodos podero ser utilizados para notificar o operador da ocorrncia de alarmes, como por exemplo: sinais sonoros; simbologia diferenciada; alterao de cores da tela; etc..

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Coletar dados atravs dos subsistemas de controle e aquisio e registr-los em meios magnticos, tais como unidades de disco, para mostr-los instntanea ou posteriormente nos consoles ou imprimi-los nas impressoras. Em termos de relatrios, normalmente esto disponveis os seguintes: . Momentneo: Emitido a pedido do operador, apresentando as variveis de processo, seus tags, valores e situao do loop. Ex. Hard-Copy de tela, situao das variveis, etc... . Evento: Emitido na ocorrncia de um evento pr-configurado. Ex. Relatrio de eventos de alarmes, transferncia auto-manual,etc. . Peridicos: Emitidos periodicamente, conforme o perodo pr-configurado. Ex. Situao das variveis de hora em hora, etc... Realizar clculos para atingir um ou mais objetivos de otimizao da planta ou de consumo de energia e analisar a performance da planta ou equipamentos. Gerenciar mdulos de batelada, objetivando melhorar e desempenho de vrias atividades que teriam que ser realizadas manualmente. Normalmente, o subsistema de superviso e otimizao permite o desenvolvimento de software de aplicao ou mesmo, de software de controle de processos em background, sem interrupo do sistema de controle, facilitando a alterao de configuraes de controle, clculos de performance, equaes de balano material e de energia, etc.

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Componentes bsicos do subsistema de superviso e otimizao O principal elemento deste subsistema o que chamamos de computador hospedeiro (Host Computer). Computadores so usualmente dividivos em vrias classes, com diferentes critrios de classificao. Velocidade, memria principal e custo podem ser usados para classificar os computadores. Tanto a velocidade quanto a memria dependem muito do comprimento da palavra, isto , o nmero de bits que um computador pode processar por vez. Os computadores geralmente so agrupados em quatro classes principais: microcomputadores: so constituidos por uma nica CPU, possuim 8,16, 32 comprimento de palavra. Pode acessar 32 Mbyte ou mais de memria principal. bits de

minicomputadores: so mquinas de 32 ou 64 bits. Podem acessar at 1 Gbytes de memria principal. Trabalham com mais de uma CPU. Possuem alta velocidade de processamento. Mainframes: so qualificados pelo seu grande tamanho de memria e velocidade. Trabalham com vrias CPUs , usualmente so encontrados como computadores centrais de grandes corporaes. Super computadores: so uma classe especial de processadores, definidos como os computadores mais rpidos do mundo. frequentemente

Estes sistemas so otimizados usando os mais recentes avanos em arquiteturas de computadores e hardware. Combinam vrios processadores para realiar operaes simultneas, somente encontrados para uso cientfico. OBS.: Vrios pacotes de software rodam (simultaneamente na mesma estao) as funes de monitorao / operao e superviso. Pode-se ainda configurar o software para dividir essa carga de trabalho, entre as vrias etaes que compe a rede (sistem distribudo). O computador hospedeiro, quando existe, geralmente consiste de um minicomputador com um tempo de acesso de memria razoavelmente rpido. Suas funes so muitas. Elas podem ser tanto processamento de palavras e dados como aplicaes de controle diretas, gerao de telas grficas dinmicas e ou programas de otimizao e coordenao gerais de operao da planta. Entre programas associados ao hospedeiro, temos programas de otimizao, emisso de relatrios peridicos, entre outros mas sempre com a finalidade de fornecer informaes de alto nvel ao gerente da planta.

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SOFTWARE SUPERVISRIOOs softwares supervisrio para automao industrial so produtos que incorporam funes de: controle supervisrio, tais como: comando de atuadores de campo; monitorao de dados de processo (temperatura; nvel; etc.); controle contnuo; controle por processamento em lote e controle estatstico; alarmes de condies e estado de variveis de processo; emisso de relatrios, aquisio de dados (SCADA). solues para processamento de batelada (Batch). O software deve apresentar em tempo real, os dados de processo e produo tanto aos operadores quanto a outros aplicativos de software. Dentre as funes mais importantes de software supervisrio para automao industrial, tem-se que destacar na aquisio de dados a caracterstica de vnculo bidirecional, onde os dados podem tambm ser enviados para o cho de fbrica, alm de serem lido dos equipamentos de aquisio e controle. Uma caracterstica importante a capacidade de comunicao do software com equipamentos (hardware) proprietrio de vrios fabricantes diferentes, conseguido em funo do uso de pacotes de software de interface, denominado driver de comunicao e melhor detalhado no texto seguir.. importante deixar claro, inicialmente, alguns conceitos importantes relacionado a aplicao dos softwares: Estao (N) Uma estao (n) qualquer computador que esteja rodando um software supervisrio, sendo que uma estao (n) local aquela em que voc esteja operando ou configurando e uma estao (n) remota aquela que acessada atravs de um link de comunicao. Estao Independente (Stand Alone) uma estao que desempenha todas funes de um sistema de superviso no conectada a uma rede de comunicao.

ESTAO STAND ALONE

CLP ou outro EQUIPAMENTO PARA CONTROLE OU AQUISIO DE DADOS

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Estao Servidora de Base de Dados (Servidor SCADA) uma estao que executa a funo de aquisio de dados Estao de Monitorao e Operao uma estao que permite que o operador monitore o processo, altere parmetros do processo, reconhece alarmes e mais algumas tarefas de operao de processo, mas no permite alterar a configurao de telas nem da base de dados. Estao de Gerncia uma estao que permite a gerentes, supervisores ou quaisquer outra pessoas terem acesso aos dados de processo, em forma de relatrios; grficos; telas, sendo que reconhecimentos de alarme, alterao de parmetros do processo entre outras tarefas de operao no podero ser realizadas nesta estao

ESTAO de MONITORAO E OPERAO

ESTAO de MONITORAO E OPERAO

ESTAO de GERNCIA

ESTAO SERVIDOR SCADA

ArquiteturaUm software de superviso e controle de sistemas de automao de processos tem como caracterstica fundamental, a capacidade de ser multitarefa, ou seja poder executar vrios mdulos aplicativos simultaneamente.

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Sua arquitetura simplificada poder ser vista como:INTERFACE DE OPERAO

MDULOS APLICATIVOSMDULO SCHEDULER MDULO RECIPE MDULO ALARM MDULO REPORT

BASE DE DADOS

MDULO MATEMTICO MDULO TREND

AQUISIO DE DADOS

DRIVERS DE COMUNICAO

CAMPOECLS

Pela figura podemos notar que o centro do sistema um grande banco de dados onde o mesmo alimentado pelas informaes oriundas do processo via ECLs (Estao de Controle Local). O mesmo responsvel em formatar e organizar esses dados para que outros mdulos do sistema as utilizem em suas atividades. A interface de operao a parte do software supervisrio com o qual desenvolvido telas grficas, para visualizao e comando do processo que o sistema est atuando. O driver de comunicao um mdulo de software capaz de ler e escrever dados nas ECLs (Estao de Controle Local) de campo, sendo que para fabricante de ECL, se faz necessrio um driver de comunicao. A aquisio de dados tem capacidade de comunicar-se com os diversos drivers de comunicao, permitindo o interfaceamento destes drivers com a base de dados, lendo e escrevendo na mesma. Os mdulos aplicativos so mdulos que acessam a base de dados do software, gerando relatrios, grficos, alarmes, acesso a outros banco de dados, etc.. Um importante conceito na estrutura de um SDCD o modo de trabalho denominado configurao, atravs do qual montado e alterado, quando necessrio, o conjunto de informaes que sero utilizadas no funcionamento do Sistema Digital de Controle Distribudo. O modo configurao tem geralmente as seguintes caractersticas: Possibilidade de definio e de gerao de sinticos de fluxogramas de processo atravs de linguagens especficas ou de utilizao da prpria tela para gerao dos desenhos, bem como animaes respectivas das variveis representadas em tempo real. Possibilidade de definio do sequenciamento de operaes de processos em batelada.35


Note que para realizar essas funes cada fabricante fornecer um mdulo de configurao do sistema que atenda as caractersticas gerais acima mencionadas, podendo diferir brutalmente a forma como isso ser implementado.

BASE DE DADOSDenominaremos base de dados (Database) a um arquivo de dados em memria RAM do computador, contendo todas as variveis atualizadas em tempo real para alimentao de dados do software supervisrio para automao industrial. Todo o sistema de superviso ser alimentado com dados vindos de um CP ou ECL. Assim necessrio deixar estes dados disponveis para que outros mdulos (vistos no item anterior) possam utiliz-los. Cada ponto que lido do CLP ou da ECL, tem seu valor armazenado em uma varivel da aplicao, que da em diante ser chamada TAG. TAGs no so somente pontos lidos de equipamentos de campo, mas qualquer varivel da aplicao, inclusive as pr-definidas do Sistema Supervisrio, que so chamadas TAGs INTERNOS. O conjunto de TAGs (internos ou da aplicao) ficam disponveis no DATABASE (BASE DE DADOS), onde todos os mdulos vo buscar valores ou alterar valores dos TAGS. O DATABASE funciona como uma conexo entre os mdulos da aplicao, onde todos os mdulos configurados s comunicam-se com o DATABASE e a execuo do sistema ficar semelhante a um sistema multitarefa, cada mdulo tem sua vez de ser executado e comunicarse com o DATABASE, seguindo sempre a mesma sequncia de execuo dos mdulos. Essa base de dados ser criada atravs de um software de configurao do sistema. Geralmente se dar sob a forma de telas a serem preenchidas informando os dados necessrios para a configurao do sistema que se pretenda criar. Nesse banco de dados encontraremos principalmente as variveis de processo que pretendemos supervisionar referenciadas por mnemnicos, contendo informaes adicionais tipo: range, alarmes, etc. Configurao da interface de operao onde se ir definir as telas do sistema e as variveis que integraro as mesmas. Faremos uma diviso por telas e em cada tela quais os dados geralmente solicitados.

TELAS DE GRUPOEssa fase da configurao obtida aps que todos os tags estejam definidos. O sistema configurador solicitar quais so os tags e a quais parmetros eles possuem. Esses instrumentos, normalmente j so previamente criados pelo sistema cabendo ao usurio definir qual o seu tipo. Os tipos mais comuns podem ser: Indicao digital Indicao analgica Totalizao Controle digital Controle analgico Registrador36


TELAS DE SINTICOEsta fase de configurao poderemos definir como a mais trabalhosa em termos de configurao. Isso porque teremos que criar um sintico ou vrios do processo em questo. Como esses sinticos so um retrato particular para cada planta, no existe ento sinticos pr-configurados, mas sim ferramentas grficas que possibilitem a criao de qualquer desenho.

A maioria dos sistemas tem implementado softwares bem semelhantes aos softwares especficos na rea de CAD, porm com recursos grficos limitados, mas suficientes para a elaborao dos desenhos. Outros fabricantes criam softwares de importao de arquivos de desenhos gerados diretamente em softwares de CAD. Isso torna o trabalho de criao do desenho mais suave. Podemos dividir esta fase de configurao em dois principais mdulos. Mdulo de edio de desenhos e modulo de animao de desenhos. Edio de desenhos O mdulo de criao de desenhos permite que seja elaborado um desenho esttico que poder representar qualquer parte do processo. O modo que os fabricantes permitem esse trabalho o uso de elementos geomtricos primitivos que agrupados convenientemente permitiro a criao do desenho.

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Os elementos geomtricos primitivos mais comuns so: Pontos Linhas Arcos Circunferncias Basicamente o processo de construo do desenho ser o de escolher os elementos desejados e os fixar em determinada regio da tela, como por exemplo caso desejssemos criar uma tela contendo o smbolo de uma vlvula de controle com atuador pneumtico, teramos a figura final como abaixo com os seguintes elementos primitivos necessrios para sua montagem: retas e arcos. A insero desses elementos na tela genericamente feita da seguinte forma: A tela dividida em 2 grandes regies: seletor de opes (toolbar) e regio grfica. O processo ento, relativamente simples. No menu de opes (toolbar) escolhe-se o elemento a ser editado e aps localiza-se em qual regio da tela grfica o mesmo dever ser inserido. Como recurso adicional a tela grfica mapeada em coordenadas linha x coluna com um indicador mostrando qual a posio que o cursor est ocupando neste momento. Isso permite desenhos com suas dimenses definidas. Poder inclusive ser ativado um comando que permita se visualizar esse mapeamento em intervalos definidos (grid). Para insero dos elementos temos basicamente os seguintes casos: Pontos: Basta se localizar uma coordenada na tela; Retas: Necessrio localizar duas coordenadas na tela; Arcos: Necessrio localizar a coordenada de centro do arco; Circunferncias: Necessrio localizar a coordenada de centro; Quadrilteros: Necessrio localizar as coordenadas de canto superior esquerdo e canto inferior direito.

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Outros recursos que o sistema oferece na manipulao dos elementos podero ser: Alterar cores: Permite a escolha pelo menu, a cor que o elementos ser desenhado; Pintar bloco: Permite o preenchimento total de um polgono qualquer regular ou no com uma cor qualquer. Necessrio somente localizar o cursor no interior do mesmo. Figura pr-definida: Permite a insero de um bloco de desenho vindo de uma biblioteca de figuras padres. Essas figuras geralmente sero smbolos adotados pelas normas de instrumentao, como por exemplo: vlvulas, tanques, aquecedores, bombas, etc. Para tanto basta escolher a figura desejada e o ponto de insero no desenho. Texto: Permite a insero de caracteres de texto no desenho sendo, usados geralmente para legendas, tags de instrumentos, etc. Atravs de bibliotecas poder se escolher o tipo de letras dos caracteres e sua escala. Mover regio: Permite o deslocamento de uma determinada regio da tela para outro ponto. Escala : Permite o aumento ou diminuio de elementos criados, como por exemplo o dimetro de crculos. Rotao: Permite a rotao de uma figura sobre seu eixo permitindo assim inseri-la de qualquer maneira desejada. Os sistemas podero oferecer ainda muitos outros recursos, sendo necessrio um estudo particular de cada editor de figuras.

ANIMAO DE DESENHOSO mdulo de animao de desenhos consiste em criar alteraes no desenho montado anteriormente em funo de valores das variveis da planta que esto integradas no sistema digital. Isso significa dizer que teremos um menu com os tipos de animaes possveis do desenho. Aps inserida a animao no desenho o software solicitar qual ser o tag da base de dados que ir comandar a animao.39


Tomemos por exemplo o desenho de um tanque TQ-01, e uma malha de controle com tag LIC-01. Um efeito interessante que pode ser realizado com a varivel nvel ser o de pintar a regio interna do tanque em funo do valor da PV do LIC-01. Ou seja, se o valor da PV for 0% o interior do tanque no ser pintado. Para 50% de PV teremos 50% do tanque pintados e consequentemente 100% de PV teremos todo o interno do tanque pintado. Para isso ser realizado teramos as seguintes fases: Criar o desenho do tanque Criar o efeito de mudana de nvel Ligar o efeito de animao com a varivel PV do LIC-01

PV=0%

PV=50%

PV=100%

Como exemplos de animao que poderemos encontrar nos poderemos citar:

editores de desenhos

Bargraph: Efeito de uma barra retangular que preenchida internamente em funo de uma varivel analgica associada. Pode se escolher a cor de fundo e cor da barra proporcional a varivel associada, as dimenses de altura e largura desta barra. A animao se dar no sentido vertical de baixo para cima. Como exemplo desse efeito temos a criao dos faces-plates dos controladores nas telas de grupo, onde temos os bargraphs de PV, SP e MV, proporcionais ao seu valor analgico. Valor numrico: Cria uma janela numrica, que sendo associada com uma varivel analgica, retorna seu valor. Esse efeito usado na tela de grupo onde temos o bargraph dando idia global do valor da varivel e uma janela numrica com seu valor exato. Mudana de cor: Efeito em que uma regio retangular da tela pode sofrer mudana de sua cor em relao a cor de fundo. Esse tipo de animao associada a uma varivel digital. Como exemplo poderamos citar uma animao do tipo em que teramos o desenho de uma bomba com sua respectiva tubulao. Se o sistema receber o sinal digital informando que a bomba foi ligada, poderemos ento mudar a cor no interior da tubulao, simulando assim o caminho que o fluxo estar fazendo pela planta. Atuao: Efeito de se poder mudar o status de um ponto digital ou analgico atravs de uma janela aberta no sintico. Isso permite a atuao do ponto sem a necessidade de ter Que navegar at a tela de instrumentos. Ex. Ligar uma bomba.40


Note que em todas as animaes descritas acima, os sistemas permitem escolha de cores, escalas conforme o mais indicado para o sistema que se pretenda configurar. Configurao dos mdulos aplicativos Os mdulos aplicativos do sistema, consistem em pacotes de software, tais como: scheduler ou clock; recipe (receitas); report (relatrios); matemtico; trend (tendncia); alarm, com o objetivo de otimizar o processo.

MDULO ALARMNeste mdulo, possvel definir as mensagens de alarme que o sistema ir emitir, assim como sob quais condies as mesmas sero emitidas. O pacote de software responsvel pelo gerenciamento dos alarmes, definir tambm, se as mensagens de alarmes sero impressas ou armazenadas em disco e ainda classifcar os tags e suas mensagens em grupos de alarmes.

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MDULO REPORT (RELATRIO) possvel definir relatrios de eventos, normalmente inerente ao sistema e de dados das variveis, inclusive valores em funo das prprias variveis. Este mdulo geralmente solicitar parmetros de configurao, do tipo: cabealho do relatrio, mneumnicos das variveis que comporo o relatrio, sistema de emisso de relatrio.

Quanto ao sistema de emisso de relatrio poderemos ter a gerao de relatrios instantneos, ou seja o operador via console solicita o relatrio com as variveis naquele instante, ou ainda poder ser definido a periodicidade automtica para a emisso dos mesmos, como por exemplo de hora em hora.

MDULO TRENDNeste item deve-se definir quais sero as variveis que formaram as telas de histrico. Basta-se ento informar qual o mnemnico da varivel. Outro parmetro que o sistema ir solicitar ser a base de tempo de salvamento, que poder ser de 1 hora ou uma outra quantidade qualquer de tempo, como por exemplo 1 semana, 1 ms, etc.. Obs: Todos os valores das variveis histricas so armazenados em unidades de disco. Note ento, que o sistema cria uma regio definida de memria para armazenamento desses valores. Assim sendo, fica o conceito de que ao ser iniciada a aquisio e gravao desses dados em disco, existir um dado momento que esse espao de memria ser preenchido e ento o sistema comea a sobrepor as primeiras informaes que foram gravadas. (Sistema de memria FIFO).

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A segunda observao, a de que parece a primeira vista ento, que quanto mais alta for a base de tempo, melhor ser, pois teremos um maior espao de tempo registrado. Isso realmente verdade. A desvantagem a de que como a quantidade de memria por varivel histrica finita ento um sistema com base de tempo alta, ter uma taxa de amostragem tambm alta, o que poder prejudicar a preciso do registro histrico da varivel numa futura anlise. Para ilustrar melhor o que foi dito imaginemos uma rea de memria definida por exemplo de 1000 unidades de memria. Imaginemos tambm 2 bases de tempo: 1 hora e 1 dia. - A base de tempo de 1 hora far aquisies da varivel a cada 3,6s (3600s/1000). - A base de tempo de 1 dia far aquisies de varivel a cada 86,4 s (86400s/1000) Note ento enquanto a primeira base de tempo escolhida l a varivel num determinado intervalo de tempo a segunda o faz num tempo de 24 vezes maior. Dever ento de acordo com a gerncia de processos definir qual o valor ideal de base de tempo. Um recurso adicional a esse sistema ser o salvamento do registros histricos em disquete. Ou seja poder o sistema automaticamente ir descarregando o banco de dados em disquete. Quando o disquete totalmente carregado o sistema cria um aviso ao operador para a troca do disquete por outro vazio. Um detalhe interessante que os dados armazenados em disco, podem ser migrados facilmente para sistemas de anlise de dados (planilhas eletrnicas) sem nenhum inconveniente.

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MDULO MATEMTICO Permite que sejam desenvolvidas rotinas lgicas e clculos matemticos, necessrios para uma aplicao. Este mdulo pode ser implementado na prpria estao de trabalho, ou possvel tambm, existir um determinado computador em um nvel hierrquico superior ao de uma estao de trabalho, executando esta tarefa, ou seja, recebendo valores oriundos dos nveis mais baixos (ECL s) e efetuando algoritmos matemticos com os mesmos. Esse resultado poder servir para realimentar os nveis mais baixos. O propsito de se usar um computador especfico para realizar esse tipo de funo devido ao fato de no nvel de controle, temos processadores dedicados em funes de controle de processo em tempo real. Caso tentemos increment-los com clculos avanados os mesmos poderiam perder essa caracterstica, o que seria desastroso. Geralmente o modo de se implementar tais clculos ser efetivado atravs do uso de linguagens de alto nvel (C, Pascal, Fortran, etc) ou pacotes de softwares utilitrios que venham com funes pr definidas, conforme ilustrao seguir.

MDULO RECIPE (RECEITA OU BATELADA BATCH)Este mdulo, permite que um determinado computador ou a prpria estao de trabalho, possa gerenciar a execuo de procedimentos que normalmente seriam efetuados pelo operador do sistema. Esse recurso permite que os procedimentos sejam sempre realizados de forma sempre repetitiva, com uma preciso muito maior e inclusive com maior velocidade do que a mesma operao em modo manual. Esse mdulo pode inclusive ser incrementado com rotinas de tomadas de deciso (If Then Else ) e ainda controle de loop (Do While), que fazem que procedimentos complexos possam ser executados eficazmente.44


Geralmente o modo de se implementar tais procedimentos ser efetivado atravs do uso de linguagens de alto nvel (C, Pascal, Fortran, etc) ou pacotes de softwares utilitrios que venham com funes pr-definidas.

/*---------------------------------------------------------------------------*/ /*- Programa executa a parada da planta piloto -*/ -*/

/*- Use as seguintes funcoes para acessar o Banco de Dados do Tech 2000 /*/*- GetA( "Tag" ) /*- GetD( "Tag" ) /*- SetD( "Tag", value ) -*/ : Le o valor de um tag analogico : Le o valor de um tag discreto -*/ -*/ -*/

: Escreve o valor em um tag discreto (BD)

/*- SetAECL("Tag", value ) : Escreve o valor em um tag analogico (CAMPO) -*/ /*- SetDECL( "Tag", value ) : Escreve o valor em um tag discreto (CAMPO) -*/ /*-*/

/*---------------------------------------------------------------------------*/ #include #include #include #include #include #include #include

/* ATIVA MODO DE CONTROLE VIA SINGLE LOOP */

Log_printf(0,"Ativando selecao de controle para single-loop"); SetDECL( "RSL", 1);45


Log_printf(0,"Controle single-loop ativado"); delay (2000);

/* PARANDO A MALHA DE CONTROLE DE PRESSAO TANQUE 2 */

Log_printf(0,"Iniciando procedimento de parada do controle de pressao do tanque 2"); Log_printf(0,"Ajustando set point de controle em modo remoto"); SetDECL( "PIC200#LR", 0); delay (3000); Log_printf(0,"Ajustando saida do controle em modo manual e posicionando saida em 0 %"); SetDECL( "PIC200#AM", 1); SetAECL("PIC200#MV", 0 ); Log_printf(0,"Ativando solenoide de intertravamento da LCV200 na posicao aberta"); SetDECL( "SV200" , 1);

Log_printf(0,"F I M }

D E B A T E L A D A !!!!");

Configurao do mdulo de comunicao Esse mdulo pode ser dividido na maioria dos softwares de configurao em duas partes: -Configurao dos canais de comunicao -Configurao dos endereos das variveis

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CONFIGURAO DE CANAIS DE COMUNICAONum sistema digital distribudo temos vrios canais de comunicao com os equipamentos distribudos pela planta. O objetivo desse mdulo informar ao sistema qual equipamento estar conectado num determinado canal e informar (caso necessrio) dados sobre a comunicao do sistema com o equipamento, como por exemplo: velocidade de comunicao(Baud Rate), quantidade de bits de dados, stop bits, paridade, etc.

ESTAO STAND ALONE

Note que num canal de comunicao poderemos ter um ou vrios equipamentos conectados, porm todos eles tero que ser o mesmo tipo de equipamento. Isso se deve ao fato de que cada equipamento tem seu prprio protocolo de comunicao, ento o sistema deve possuir uma biblioteca contendo os vrios protocolos dos equipamentos (Drives).

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CANAL 1 SISTEMA DE AQUISIO CANAL 2 CANAL n C.L.P. 1 C.L.P. 2 C.L.P. n E.C.L. 1 E.C.L. 2 E.C.L. n

S. A. D. 1

CONFIGURAO DOS ENDEREOS DAS VARIVEISEste mdulo ir dizer ao subsistema de monitorao e operao de onde vir e/ou iro os valores das variveis do processo que sero monitorados. Basicamente consiste em criar-se um LINK entre um endereo da ECL e o tag da base de dados. A esse tag ir se definir o canal, o endereo do equipamento e o valor da memria do equipamento onde se encontra o valor da varivel desejada. Note que este passo de fundamental importncia para o funcionamento correto do subsistema de monitorao e operao, pois caso tenha-se endereado incorretamente o valor de uma varivel as informaes apresentadas no console de operao no sero espelho do que est ocorrendo no processo, trazendo implicaes desastrosas. recomendvel que aps o sistema configurado e instalado, se realize um loop-test das variveis tanto de aquisio como as de atuaes para total confiabilidade do sistema. Suponhamos que as variveis SP1, PV1 e MV1 se refiram uma malha de controle com tag TIC2202 e SP2, PV2 e MV2 se refiram malha com tag FIC2202. Seus respectivos endereamentos ficariam conforme o mapa seguir: TAG C ANAL ENDEREO DO EQUIPAMENTO ENDEREO DE MEMRIA

TIC2202-SP TIC2202-PV TIC2202-MV48

1 1 1

1 1 1

01 03 05


FIC2202-SP FIC2202-PV FIC2202-MV

1 1 1

1 1 1

02 04 06

CANAL 1 E.C.L. 1 SP1 PV1 MV1 SP2 PV2 MV2 01 03 05 02 04 06 E.C.L. 2 E.C.L. n

Para demonstrar a importncia desses parmetros vamos imaginar a seguinte tabela configurada:

TAG

C ANAL

ENDEREO DO EQUIPAMENTO

ENDEREO DE MEMRIA

TIC2202-SP TIC2202-PV TIC2202-MV FIC2202-SP FIC2202-PV FIC2202-MV

1 1 1 1 1 1

1 1 1 1 1 1

01 04 06 02 04 05

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Note que na malha do TIC-2202 o SP est endereado corretamente, porm a PV e a MV esto endereados da malha do FIC2202. Isso significa dizer que no console do operador o mesmo ver essa malha com a PV e MV do FIC2202. J na malha do FIC2202 somente a MV est errada, pois est endereada MV do TIC2202. Imaginem caso o sistema no tenha sido checado e o operador inicie a operao da planta: ao selecionar no console o FIC2202 e o mesmo comandar a abertura da vlvula do FIC, ele no ver o aumento da vazo do sistema( a vlvula est endereada MV do TIC) e tambm no ver que est aumentando na realidade a PV do TIC2202. As situaes que podem ser geradas so inmeras portanto, todo cuidado pouco nessa fase de configurao.

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exerccios de configurao do software supervisrio unisoft Exerccio 1Este tutorial tem como objetivo a construo da simulao de um tanque reservatrio contendo um determinado lquido, utilizando-se as funes disponveis no editor de objetos do UniSoft. mostrada, tambm, a possibilidade de captura de um smbolo previamente criado para a criao de uma outra animao. Alm disso voc poder usufruir de diversas ferramentas que o UniSoft ir lhe proporcionar, para a criao e manipulao de diversos objetos, segundo sua criatividade para confeco de suas telas.

Grupo UniSoftUma vez dentro do ambiente Windows, necessrio que voc siga determinados passos para comear a sua aplicao no UniSoft: Abra o grupo de arquivos do UniSoft gerado pelo software instalador.

Grupo de Programas UniSoft Duploclique no cone APPLICATION MANAGER, para comear sua primeira aplicao seguindo o tutorial.

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cone do Application Manager O APPLICATION MANAGER permite selecionar ou criar aplicaes entre outras opes (detalhadas mais adiante nos tutoriais).

Application Manager

Selecionando uma Aplicao do UniSoftSelecione na janela do APPLICATION MANAGER a opo Select an Application, (para isso clique sobre o boto correspondente, ou digite a letra S) para selecionar uma aplicao. Aberta a janela Open no campo Directories duploclique sobre o diretrio raiz C: e, em seguida, sobre o diretrio UniSoft (ou onde o UniSoft tenha sido instalado).

OpenDuploclique sobre o arquivo UNISOFT.APP no campo File Name para a escolha da aplicao. NOTA: Para selecionar uma aplicao voc dever escolher, certamente, entre alguma aplicao j existente. Como partimos do princpio que recm foi instalado o UniSoft no seu micro, com a opo de instalao do Demo, a aplicao indicada para voc iniciar UNISOFT.APP ou qualquer que aparea com53


a mesma extenso .APP. A seguir, feche a janela, clicando sobre a opo Close ou digitando a letra .

Criando uma Nova Aplicao Para criar uma nova aplicao, siga os passos abaixo: No APPLICATION MANAGER clique na opo Create a New Application. No campo Application Name da janela que aberta, digite um nome para sua aplicao. Este nome deve respeitar as regras de nomenclatura para arquivos no DOS (no mximo 8 caracteres) quando utilizada a verso para Windows 3.11. Clique no cone APPLICATION BUILDER, NA TELA PRINCIPAL DO UNISOFT. No menu principal do APPLICATION BUILDER escolha com o mouse a opo de menu File + New. aberta ento a janela Screen Atributes. V com o mouse ao campo Title e digite o nome de uma tela que voc deseja (qualquer nome, por exemplo: TUTORIAL TELA1). J o campo Description serve para voc inserir a descrio resumida do que se refere essa tela, assim sendo confirme com Ok, e pronto, a sua nova tela j esta pronta. Terminando a confeco da sua tela salve-a. Para isso, no menu principal, clique em File e depois em Save As, e ela receber o nome que voc digitou no campo File. Salve esta tela com o nome DEMO.SCR se esta no existir.

Screen AttributesSeguidos estes passos, j possvel comear a criar uma primeira aplicao.

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NOTA: Para selecionar telas no APPLICATION BUILDER basta clicar em File + Open. Aberta a janela Open basta selecionar no campo Directories o diretrio raiz C:/UniSoft/Screen e por ltimo escolher da lista de arquivos *.SCR o arquivo que voc deseja abrir.

Apresentao do Toolbar1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 A B C D

Toolbar Numerado NOTA: Para melhor referenciar voc nos componentes do Toolbar, alm de mostrar a figura do componente indicado suas coordenadas (entre parnteses) conforme a numerao da figura.

Criando um bargraphA animao de um bargraph (ou barra grfica), qualquer polgono fechado que possua, ao fundo, uma barra grfica que se movimente de acordo com alguma variao ou algum algoritmo definido. Como primeiro exemplo, supomos que um cliente exija a monitorao de um reservatrio contendo um certo lquido. De acordo com um levantamento feito no campo e por uma exigncia do cliente, o reservatrio deve ser representado por uma figura retangular.

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Retngulo Para comear, desenhe um retngulo:

Clique com a tecla esquerda do mouse sobre o cone de retngulos (D3). Leve o mouse at o local desejado na tela e clique a tecla esquerda mantendo-a pressionada at definir a forma e o tamanho do reservatrio. Desta forma, voc acabou de criar um objeto. Duploclique sobre a figura para chamar a janela de propriedades de objetos.

Object PropertiesPara preencher o reservatrio com uma cor de fundo, clique no campo de preenchimento Fill e escolha a cor desejada, clicando sobre o retngulo colorido. Desta maneira, aberta uma janela de escolha de cor. Clique a cor desejada e confirme com a tecla OK.

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Janela de Escolha de CorAgora, para definir uma dinmica de bargraph: Caso a janela Object Properties no esteja aberta, duploclique sobre o objeto recm criado.

Clique com a tecla esquerda do mouse sobre o cone de Bargraph (D6). A janela de atributos apresentar-se- como abaixo.

BargraphSe de imediato a janela de propriedades Bargraph no se apresentar, basta voc ir com o mouse at o campo de listagem de objetos (representado por uma pequena flecha para baixo ) e ao clicar, perceber que nesse campo esto armazenados todos os objetos e comandos que voc est utilizando para sua tela os quais voc j selecionou no toolbar, dessa maneira quando voc precisar novamente de uma propriedade de objeto j utilizada ou que voc selecionou e no substituiu no momento s recorrer a essa listagem.

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Se voc preferir interessante deixar a janela de propriedades sempre ativada, para isso v com o mouse at o campo Check Box, representado por um quadrado pequeno no canto (do nosso caso a do Retngulo), e esquerdo superior de qualquer janela de propriedades clique com o mouse. Dessa maneira, independente do objeto que voc estiver usando do toolbar, sua janela estar ativada. Abra a planilha matemtica pelo menu principal Tools escolha Database Manager e . Ou do menu principal Tools clique em Math e em ambos os casos crie clique no cone uma nova planilha clicando em New. Uma utilidade interessante da planilha matemtica a criao de tags relacionados com simulao de variveis de superviso. No nosso caso, a varivel de superviso o nvel do reservatrio, que ser gerado pelo tag cont100. Nos campos desta nova planilha: Description- coloque um breve comentrio para documentao e sua aplicao. Execution- coloque 1, para que sua planilha seja sempre executada. Na primeira clula da planilha, no campo Tag Name, digite cont100. Como esta varivel no consta ainda no Application Database do DATABASE MANAGER (banco de dados), a planilha matemtica perguntar se voc deseja cri-la. Clique em YES, e escolha o tipo integer (inteiro) para sua varivel, na janela Tag. Clique em OK. No campo Expression coloque if(cont100

Apostila - Sistemas Supervis_rios e SDCD - MG

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