Laboratório de Automação Industrial Professor: Marco Shawn M. … · 2014-03-26 ·...

Engenharia Elétrica

Laboratório de Automação Industrial

Professor: Marco Shawn M. Machado

Introdução

Sistemas de

Supervisão

Industrial

Objetivos da Aula

Definição;

História e introdução à sistemas de

supervisão;

Benefícios;

Aquisição de dados;

Características dos sistemas SCADA.

Aula nº 1

Introdução

Sistemas de supervisão industrial.

A melhoria da qualidade de vida, oaumento da produtividade, redução decustos, entre outros são fatores que motivamo desenvolvimento de soluções paramonitoração e controle envolvendo áreascomo informática, robótica, eletro-eletrônica,mecatrônica, etc.


É um conjunto de ferramentas avançadas,prontas para atender as necessidades degerenciamento de processos, possibilitando acomunicação com qualquer sistema, desdeplantas industriais até automação predial.


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.

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.

• 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).

Controle baseado em Computadores:

A necessidade de monitorar diversos sinaisdentro dos processos de produção demaneira mais eficiente e rápida, impulsiona ouso de computadores em rede conectados adispositivos, equipamentos e sistemas deinstrumentação e controle.


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.

Evolução dos sistemas de

supervisão industrial

Salas de

controle

UHE Itaipú

(antes):


Evolução dos

sistemas de

supervisão

industrial

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.

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.

Salas de controle

UHE Itaipú:


• 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.

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.

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..

Os sistemas de instrumentação e controleautomático de processos industriais utilizamcontroladores, registradores, e outrosdispositivos individuais, utilizandomicroprocessadores, ou integrados baseadosem computadores.

Cada aplicação pode requerer um tipoespecífico de combinação de sistemasdigitais dependendo das especificações.


• Sensores e atuadores;

• Controladores Lógicos Programáveis (CLP);

• Sistemas de controle baseado emcomputadores;

• Sistema de controle distribuidos (DCS);

• Controle Supervisório e de Aquisição deDados (SCADA – Supervisory Control andData Acquisition).


Controle Supervisório e de Aquisição de Dados(SCADA).

- É um sistema baseado em computadoresque permite supervisionar e controlar àdistância uma instalação de qualquer tipo.

- É possível um sistema SCADA em qualquernível de controle do processo.


ClienteWeb Browser

ClienteWeb Browser

ClienteWeb Browser

ClienteWeb Browser

TCP/IP Inalámbrico

Modem

Firewall

Internet, Intranet, LAN

Nodo SCADA Nodo SCADACentral de Base

de Datos

Area Local

PLC

PLCMicrocontrolador

Instrumento

Instrumento

IPDispositivo

Activado

por IP


Funções de um sistema SCADA:

• Receber, armazenar e mostrar informação, de formacontínua e confiável, correspondente à sinalização decampo: estados de dispositivos, medições, alarmes, etc.

• Executar ações de controle iniciadas pelo operador, taiscomo: 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 sistemapara a sua posterior análise.

• Aplicações em geral, baseadas em informações obtidaspelo sistema, tais como: reportes, gráficos de tendência,histórico de variáveis, cálculos, predições, detecção deproblemas, etc.


• 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.


• 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.


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.

• Desenho com interface amigável (X-

windows);

• Controle automático;

• Processamento Off-Line e On-Line;

• Ambiente integrado;

• Manipulação extensiva de dados;

• Elevada saída de dados (throughput);

• Resposta em Tempo Real.

Sistemas de supervisão industrial

Vantagens:

– Estado remoto(Digital);

– Acumulação de pulsos;

– Estado remoto(Analógicos);

– Seqüência de estados de eventos;

– Seqüências analógicas de eventos.


Sistema de monitoração:

– Interruptor elétrico de controle;

– Despacho de carga;

– Redução de perdas;

– Isolamento de falhas;

– Restauração de serviços.


Sistemas de controle:

– Dados do sistema;

– Armazenamento de estados;

– Análises do sistema;

– Seqüência de eventos e análises;

– Redução de perdas;

– Analises de atividades.


Sistemas de administração:

• 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.


Características:

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.

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.


(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.


(SCADA)

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.

• 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.

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.

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.

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.


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.



Tela exemplo Elipse SCADA

• 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.


• Exercícios :

Respostas

1) O que quer dizer SCADA?

SCADA – Supervisory, Control And Data

Acquisition ou em português, Supervisão,

Controle e Aquisição de Dados.


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.



Exemplos - Mineração:


Exemplos – Extração de petróleo:


Exemplos – Monitoração predial/urbana:


Exemplos – Monitoração elétrica/água:

• Tubulações de gás;

• Estruturais: Transporte, pontes, engenha-

ria;

• Mecânica: indústria automobilística;

• Eletricidade e instrumentação;

• Projetos de telecomunicações;

• Controle de drenagem e contaminação de

água;

• Etc..


Mais exemplos:

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.


• 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.


Síntese da Aula:

Nessa aula estudamos:

Introdução;

Histórico;

Vantagens dos sistemas de supervisão

industrial.

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