CENTRO FEDERAL DE EDUCAO TECNOLGICA DE MINAS GERAIS

PAGE CENTRO FEDERAL DE EDUCAO TECNOLGICA DE MINAS GERAIS

ESTGIO SUPERVISIONADO RELATRIO TCNICO

DEPARTAMENTO DE ENSINO SUPERIOR

ENGENHARIA INDUSTRIAL ELTRICA

ESTGIO SUPERVISIONADO

Relatrio Tcnico

Gustavo de Matos PaivaBelo Horizonte, Outubro de 2006.DEPARTAMENTO DE ENSINO SUPERIOR

ENGENHARIA INDUSTRIAL ELTRICA

ESTGIO SUPERVISIONADORELATRIO TCNICO

Curso: Engenharia Industrial Eltrica nfase SEIEmpresa: ATAN Cincia da Informao LtdaSetor: Automao Industrial Sistemas SCADALocal de Realizao: Av. Afonso Pena, 4001, 9 Andar Sion Belo Horizonte/MG.

Professor Orientador: Ansio Rogrio BragaData: 10/2006

Nota: _________

___________________________________

Ansio Rogrio BragaProf. Orientador

___________________________________

Germano Luiz de PaulaSupervisor da Empresa

___________________________________

Gustavo de Matos PaivaAluno

Trabalho Tcnico apresentado por Gustavo de Matos Paiva e aprovado em Outubro de 2006 pelo professor orientador e membros da banca.

Professor Marco Aurlio de Oliveira SchroederCoordenador do Curso de Engenharia Industrial Eltrica

Professor Ansio Rogrio BragaOrientador do Estgio Supervisionado

MEMBROS DA BANCA

Professor:

Professor:

Professor:

Data de Aprovao _____/_____/_____

SUMRIO

11. INTRODUO

11.1. Objetivos do Trabalho

11.2. Organizao do Trabalho

21.3. Apresentao da Empresa

21.4. Histrico de Sistemas SCADA

52. SISTEMAS SCADA

52.1. Principais Definies

62.2. Arquitetura dos Sistemas de Automao Industrial

82.3. Objetos de um Sistema Supervisrio

92.3.1 Variveis Primitivas

112.3.2 Variveis Compostas

162.4. Principais Funes de um SCADA

162.4.1 - Sinticos

182.4.2 - Animaes

192.4.3 Operao

202.4.4 - Gerenciador de Alarmes

212.4.5 - Registrador de Tendncia

222.4.6 - Tendncia Histrica

222.4.7 - Gerador de Relatrios

232.4.8 - Log de Eventos

232.4.9 - Linguagem de Programao

242.5. Requisitos da Interface de Superviso

252.6. Consideraes Finais

263. SOFTWARES SCADA

263.1. Requisitos para Escolha de Sistemas de Superviso

273.2. Principais Fornecedores

303.3. Novas Tecnologias

313.3.1 Padro OPC

353.3.2 Tecnologia Web

363.4. Software iFIX

383.4.1 Requisitos para Utilizao do iFIX

393.4.2 Fluxo de Dados no iFIX

403.4.3 Ferramenta Dynamo

413.5. Consideraes Finais

424. ESTUDO DE CASO: SISTEMA DE SUPERVISO DA MINA DE BRUCUTU

424.1. A Mina de Brucutu

454.2. Projeto de Automao

494.3. Sistema de Superviso Desenvolvido

504.3.1 Sinticos

534.3.2 Janela de Operao

534.3.3 Janela de Seqncia

544.3.4 Janela de Analgica

554.3.5 Janela de PID

554.3.6 Registradores de tendncia

574.3.7 Tela de Alarmes

584.3.8 Sistema de Alarmes Crticos

594.4. Consideraes Finais

605. CONCLUSES

626. REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 - Evoluo da pirmide de automao [4]

7Figura 2 - Rede de comunicao de duas camadas [2]

8Figura 3 - Definio de parmetros de variveis analgicas [1]

10Figura 4 - Faixas de operao de uma varivel analgica [1]

10Figura 5 - Diagrama de malha PID tpica [1]

13Figura 6 - Janela de Malha PID [1]

13Figura 7 - Janela tpica de um equipamento [1]

15Figura 8 - Exemplo de tela sintica [5]

17Figura 9 - Representao vertical de uma varivel analgica

18Figura 10 - Janela de operao de um equipamento [1]

20Figura 11 - Grfico de tendncia tpico [1]

21Figura 12 - Marketshare de sistemas SCADA no Brasil em 1999 [1]28Figura 13 - Resultado de benchmarking de teste realizado pela Petrobrs em 2000 [1]

29Figura 14 - Comunicao do sistema SCADA utilizando drivers especficos

32Figura 15 - Interfaces entre aplicaes do padro OPC

35Figura 16 - Espao de trabalho do iFIX [10]

38Figura 17 - Arquitetura do sistema

40Figura 18 - Exemplo de utilizao de um Dynamo [11]

41Figura 19 - reas de atuao da CVRD [12]

43Figura 20 - Complexo de Minas Centrais da CVRD [13]

43Figura 21 - Produo do Complexo de Minas Centrais [13]

44Figura 22 - Produo da Mina de Brucutu [13]

44Figura 23 - Fotos de reas da Mina de Brucutu

45Figura 24 - Arquitetura geral do sistema

47Figura 25 - Interface para animao de equipamento por Dynamo

48Figura 26 - Interface para animao de displays por Dynamo

49Figura 27 - Tela de abertura do sistema

50Figura 28 - Estrutura das telas sinticas

50Figura 29 - Barramento de alarmes

51Figura 30 - Tela sintica da britagem primria

51Figura 31 - Tela sintica da classificao 0,15 mm

52Figura 32 - Viso explodida da empilhadeira de duas lanas

52Figura 33 - Janela de operao de equipamento

53Figura 34 - Janela de seqncia do sistema de superviso da Mina de Brucutu

54Figura 35 - Janela de analgica projetada

54Figura 36 - Janela de PID do sistema de superviso da Mina de Brucutu55Figura 37 - Interface para adio de penas ao registrador de tendncia56Figura 38 - Parmetros de configurao de uma pena

56Figura 39 - Interface para definio da durao do grfico

56Figura 40 - Tela de tendncia histrica

57Figura 41 - Tela de alarmes

58Figura 42 - Janela pop-up para notificao de alarme crtico

59LISTA DE TABELAS

Tabela 1 - Requisitos para escolha de sistemas supervisrios

26Tabela 2 - Principais fornecedores e seus softwares

27Tabela 3 - Nmero de pontos de entrada e sada

46NOMENCLATURA

SCADA: Supervisory Control and Data Acquisition.CLP: Controlador Lgico Programvel.

iFIX: Software SCADA desenvolvido pela Intellution adquirido pela GE-FANUC.

DDC: Digital Direct Control.CVRD: Companhia Vale do Rio Doce.

OPC: OLE for Process Control.ERP: Enterprise Resource Planning.EPS: Enterprise Production Systems.PIMS: Plant Information Management System.MES: Manufacturing Execution System.PCS7: Software hbrido de automao industrial da Siemens.DDE: Dynamic Data Exchange.E&P: DTI: Driver Image Table.SAC: Scan, Alarm & Control.PDB: Process DataBase.EDA: Easy Database Access.SCU: System Configurator Utility.Kp: Constante Proporcional.Td: Tempo Derivativo.Ti: Tempo de Integrao.RESUMOA ATAN Sistemas de Informao Ltda uma empresa integradora de sistemas, dedicada ao desenvolvimento de solues industriais de automao e informao. O Departamento de Automao Industrial responsvel pelo fornecimento de servios e produtos nas reas de engenharia bsica, controle, superviso e instrumentao.

Este trabalho trata especificamente de sistemas de superviso, em especial o software iFIX. Trata-se de um dos lderes no mercado de SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition). Uma ferramenta de grande interesse desse software so os Dynamos. Eles so grupos de objetos que podem ter suas propriedades programadas e alteradas, facilitando todo processo de animaes. Isto representa um grande ganho devido diminuio dos custos de desenvolvimento e do prazo de entrega do produto.

O Relatrio Tcnico ainda oferece destaque ao sistema SCADA da Mina de Brucutu da Companhia Vale do Rio Doce. Tal mina representa um dos maiores investimentos privados em andamento no Brasil, sendo reconhecido como plo de conhecimento tecnolgico em todas as reas de engenharia. Neste contexto a ATAN responsvel por todo projeto de automao da mina, o que se apresenta como um grande desafio para empresa devido sua grandiosidade, complexidade e curto prazo de desenvolvimento.Portanto, trata-se de um projeto que envolve a discusso de um dos softwares mais utilizados na rea de automao em um dos maiores plos de engenharia hoje no Brasil.1. INTRODUO

1.1. Objetivos do TrabalhoO objetivo primordial deste trabalho o estudo das caractersticas fundamentais de desenvolvimento e operao dos sistemas SCADA. So apresentados alguns pontos importantes do software iFIX da GE Fanuc, tendo como nfase a ferramenta Dynamo. Trata-se de um grupo de objetos que podem ter suas propriedades programadas e alteradas, facilitando todo processo de animaes. Isto representa um grande ganho devido diminuio dos custos de desenvolvimento e do prazo de entrega do produto.

Tambm apresentado um estudo de caso do sistema de superviso da Mina de Brucutu da Companhia Vale do Rio Doce, em que so mostrados os principais aspectos operacionais desenvolvidos e os pontos de destaque do projeto.

1.2. Organizao do TrabalhoEste trabalho est organizado em cinco captulos, incluindo este captulo introdutrio. Nele, so destacados os objetivos do trabalho, as caractersticas da empresa em que est sendo desenvolvido o projeto e um histrico da utilizao de SCADAs.

No captulo 2 feita uma descrio dos padres e conceitos bsicos existentes nas aplicaes desenvolvidas como sistemas supervisrios. So mostrados os principais componentes e sua utilizao.

O terceiro captulo dedicado comparao dos principais softwares SCADA existentes no mercado, tendo como principal objetivo descrio do software iFIX e suas ferramentas.

O captulo 4 destinado ao estudo de caso do sistema de superviso desenvolvido para Mina de Brucutu, um novo empreendimento da Companhia Vale do Rio Doce. So determinados os pontos fortes de desenvolvimento, operao e manuteno.

No captulo 5 so discorridas as principais concluses e propostas de continuidade pertinentes ao projeto.1.3. Apresentao da Empresa

A ATAN uma empresa integradora de sistemas, dedicada ao desenvolvimento de solues industriais de automao e informao. Desde 1987, a mesma tem fornecido solues para os mais diversificados segmentos industriais.

Uma caracterstica marcante da ATAN alta capacidade de identificar as necessidades de clientes e respectivos processos industriais. Entretanto, a busca por novas tecnologias envolve uma completa atualizao das tendncias de mercado, treinamento de pessoal e anlise de impacto x custo-benefcio.

Este trabalho est sendo desenvolvido no Departamento de Automao Industrial, responsvel pelo fornecimento de servios e produtos nas reas de engenharia bsica, controle, superviso e instrumentao. Uma misso do Departamento a criao de sistemas inovadores em que se visa uma maior insero no mercado, como uma empresa fornecedora de solues especiais.

O projeto de Automao da Mina de Brucutu da CVRD tornou-se destaque desde sua internao, em 2005, no Departamento de Automao Industrial, principalmente pela grandiosidade do empreendimento, pelo alto valor, pelo curto prazo de entrega e pela jovem equipe de desenvolvimento. Sendo assim, foi alvo de intensos estudos pela busca de ferramentas que facilitassem todo processo de criao.1.4. Histrico de Sistemas SCADA

Sistemas de Superviso e Aquisio de Dados, ou abreviadamente SCADA (proveniente do seu nome em ingls Supervisory Control and Data Acquisition) so sistemas que utilizam software para monitorar e supervisionar as variveis e os dispositivos do sistema de controle conectados atravs de drivers especficos[3].

A histria da automao industrial comea com a criao das linhas de montagens automobilsticas com Henry Ford, na dcada de 20. Da para c o avano tecnolgico, nas mais diversas reas da automao Industrial tem sido cada vez maior, proporcionando um aumento na qualidade e quantidade de produo e reduzindo custos. O avano de automao est ligado, em grande parte, ao avano da microeletrnica que se deu nos ultimo anos. Os CLPs (Controlador Lgico Programvel) sugiram na dcada de 60 e substituram os painis de controle com rels. Diminuindo, assim, o alto consumo de energia, a difcil manuteno e as onerosas alteraes na fiao. Nos anos 90 programas de computador foram criados com a tentativa de obter maior produtividade, qualidade e competitividade. Dentro desta viso de integrao entre o cho de fbrica e o ambiente corporativo, decises dentro do sistema organizacional de produo passaram a ser tomados dentro do mais alto grau do conceito de qualidade, baseados em dados concretos e atuais que se originam nas mais diferentes unidades de controle. Para suprir esta necessidade surgiram sistemas que permitiam a superviso da planta, o controle do processo e a aquisio de dados das unidades de controle. Estes sistemas foram denominados supervisrios ou SCADA Supervisory Control and Data Aquisition e representaram um grande avano da automao, pois permitiram uma viso global de todo o processo, bem como gerao de relatrios, sinalizao de defeitos longa distncia, integrao com redes de comunicao, etc.

Os primeiros sistemas SCADA, basicamente telemtricos, permitiam informar periodicamente o estado corrente do processo industrial; monitorando apenas sinais representativos de medidas e estados de dispositivos atravs de um painel de lmpadas e indicadores, sem que houvesse qualquer interface aplicativa com o operador.

Com a evoluo da tecnologia, os computadores passaram a ter um papel importante na superviso dos sistemas por coletar, entre outras coisas, dados do processo, principalmente dos CPLs. Estes dados podiam ser observados de maneira remota e amigvel pelo operador; tinham sua monitorao e controle facilitado; disponibilizavam o estado atual do sistema atravs de um conjunto de previses, grficos e relatrios; permitindo assim, a tomada de deciso operacional, seja ela automtica ou por iniciativa do operador.

Estes sistemas revelam-se de crucial importncia na estrutura de gesto das empresas, fato pelo qual deixaram de ser vistos como meras ferramentas operacionais, ou de engenharia, e passaram a ser uma importante fonte de informao. Hoje os sistemas de superviso oferecem trs funes bsicas: superviso, operao e controle. Na superviso, incluem-se todas as funes de monitoramento do processo. A operao, nos sistemas SCADA atuais, substituem as funes da mesa de controle. J no controle, algoritmos so executados pela unidade terminal remota, e os set-points so controlados dinamicamente pelo sistema de superviso de acordo com o comportamento global do processo.

Atualmente, a maior tendncia dos SCADA libertar-se de protocolos de comunicao proprietrios, utilizando arquiteturas cliente-servidor OPC (OLE for Process Control). Para os prximos anos, a tendncia dos sistemas supervisrios ser a superviso remota, usando sistemas de telemetria atravs de tecnologias sem fios, como celular, rdio ou satelite. Atravs destas tecnologias, os sistemas SCADA tero a capacidade de controlar processos industriais numa planta de trabalho local, ou geograficamente espalhada. Aplicaes de logstica e controle de frotas so um bom exemplo prtico, assim como controle de distribuio de servios pblicos, como gua, esgoto, gs ou energia.

2. SISTEMAS SCADA2.1. Principais DefiniesSCADA (Supervisory Control and Data Aquisition) so sistemas de superviso de processos industriais que coletam dados do processo atravs de remotas industriais, principalmente controladores lgicos programveis, formatam estes dados, e os apresentam ao operador em uma multiplicidade de formas. O objetivo principal dos sistemas SCADA propiciar uma interface de alto nvel do operador com o processo informando-o "em tempo real" de todos os eventos de importncia da planta.

Hoje os sistemas de superviso oferecem trs funes bsicas:

Funes de superviso:

Inclui todos as funes de monitoramento do processo tais como: sinticos animados, grficos de tendncia de variveis analgicas e digitais, relatrios em vdeo e impressos, etc [1].

Funes de operao:

Atualmente os sistemas SCADA substituram com vantagens as funes da mesa de controle. As funes de operao incluem: ligar e desligar equipamentos e seqncia de equipamentos, operao de malhas PID, mudana de modo de operao de equipamentos, etc [1].

Funes de controle:

Controle DDC ("Digital Direct Control"):

Alguns sistemas de superviso possuem uma linguagem que permite definir diretamente aes de controle, sem depender de um nvel intermedirio representado por remotas inteligentes. Todas as operaes de entrada e sada so executadas diretamente atravs de cartes de I/O ligados diretamente ao barramento do micro, ou por remotas mais simples. Os dados so amostrados, um algoritmo de controle como um controlador PID, por exemplo, executado, e a sada aplicada ao processo (ao direta sobre uma varivel manipulada). Isto, entretanto, s possvel quando a velocidade do processo assim o permite. Em alguns casos, requisitos de confiabilidade tornam desaconselhvel este tipo de soluo [1].

Controle Supervisrio:

Nesta classe de sistemas, os algoritmos de controle so executados pela unidade terminal remota (UTR), mas os set-points para as malhas de controle so calculados dinamicamente pelo sistema de superviso 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 nmero de malhas de controle simultaneamente enquanto o operador geralmente s consegue atuar malha a malha com um sistema convencional. Geralmente utilizada uma interface tipo sistema especialista para definio das regras de controle no nvel de superviso. Este tipo de estratgia muito utilizado para controle avanado na rea mineral onde comum o modelamento matemtico da planta [1].2.2. Arquitetura dos Sistemas de Automao Industrial

Uma soluo de automao tem por objetivos bsicos o desempenho, a modularidade e a expansibilidade. Para que estes sejam alcanados, temos que conceber prioritariamente um desenho da arquitetura do sistema e, desta forma, organizar seus elementos: remotas de aquisio de dados, CLPs, instrumentos, sistemas de superviso, dentre outros. As arquiteturas mais utilizadas atualmente so as que definem duas hierarquias de redes: as de informao, e as de controle. A primeira o nvel mais alto dentro de uma arquitetura representado pela rede de informao. Em grandes corporaes natural a escolha de um backbone de grande capacidade para interligao dos sistemas de ERP (Enterprise Resource Planning), Supply Chain (gerenciamento da cadeia de suprimentos), e EPS (Enterprise Production Systems). Este backbone pode ser representado pela rede GigaEthernet ou mesmo por uma Ethernet 100-BaseT, utilizando como meio de transmisso cabo par tranado nvel 5. Esta ltima rede vem assegurando uma conquista de espao crescente no segmento industrial, devido sua simplicidade e baixo custo.

As redes de controle interligam os sistemas industriais ou sistemas SCADA aos sistemas representados por CLPs e remotos de aquisio de dados. Eventualmente, sistemas como PIMS e MES, podem estar ligados a este barramento. O padro da arquitetura de Ethernet 10- Base T vem sendo substitudo, no decorrer dos ltimos dois anos, pela nova tecnologia Ethernet 100-BaseT, que tem sua velocidade de acesso aumentada. Fato este que garante a adeso das grandes empresas de automao a esse novo padro, implementando-o em seus equipamentos. A Fig. 1 apresenta a evoluo da arquitetura dos sistemas de automao industrial.

Figura 1: Evoluo da pirmide de automao [4].

A arquitetura de duas camadas permite que as redes de controle faam a comunicao das estaes clientes com os servidores e as de informao, dos servidores com os CLPs. Atualmente, ainda se utiliza a arquitetura de rede nica, que consiste em uma modalidade onde ocorre o compartilhamento das redes de comunicao e controle. Mas, do ponto de vista de segurana, interessante separar os trfegos de controle e de informao, como se verifica na arquitetura de duas camadas, que ilustrada pela Fig. 2.

Figura 2: Rede de comunicao de duas camadas [2].

J a arquitetura SDCD, caracteriza-se por um elevado nvel de redundncia: redundncia de servidores, redundncia de rede de comunicao de dados, de cartes de entrada e sada, etc. Alm disso, possui sofisticados algoritmos de diagnstico, que permitem localizar o carto defeituoso a partir da console de operao. O sistema hbrido atualmente bastante usado, pois alia a versatilidade e performance de um SDCD com o baixo custo de uma soluo SCADA mais CLP. So exemplos desta classe de sistema o INDUSTRIALIT (OPERATEIT/ CONTROLIT) da ABB, o Plant Web da Emerson e o PCS7 da Siemens.

2.3. Objetos de um Sistema Supervisrio

A descrio bsica das funcionalidades dos sistemas SCADA j foi apresentada nas sees anteriores. Agora, feita uma apresentao detalhada dos objetos necessrios para criao de uma aplicao de superviso.

Cada sistema SCADA gerencia um certo nmero de objetos tambm denominados entidades que descrevem as variveis de processo e os elementos habituais de uma mesa de controle. Embora este nmero varie de um sistema para outro, existe um consenso em relao s suas caractersticas bsicas. A atividade de configurao de um supervisrio compreende geralmente duas etapas:

a) Definir cada varivel de processo na base de dados;

b) Definir sinticos, grficos e relatrios.

Nos sistemas existem basicamente dois tipos de variveis: simples ou primitivas e compostas formadas a partir das primeiras.

2.3.1 Variveis Primitivas

Varivel Analgica:

Descreve uma varivel analgica de entrada. O CLP j converte esta leitura para um valor digital.

Seus principais atributos so:

Tag: Conjunto de caracteres descrevendo o nome da varivel;

Texto: Descrio sucinta da varivel;

Unidade de Engenharia: Unidade de medida, por exemplo: ton./h, m;

Valor: ltimo valor lido da varivel;

Lim inferior: Valor em unidade de engenharia ser atribudo ao valor 0% da varivel;

Lim superior: Valor em unidade de engenharia a ser atribudo ao valor 100% da varivel;

Limite HH: Valor em unidade de engenharia para alarme muito alto;

Limite H: Valor em unidade de engenharia para alarme alto;

Limite L: Valor em unidade de engenharia para alarme baixo;

Limite LL: Valor em unidade de engenharia para alarme muito baixo;

Histerese: Valor percentual de histerese para gerao de alarmes. Serve para evitar mltiplos alarmes quando o valor da varivel cruza uma das faixas definidas pelos valores limites;

Filtro: Somente quando o valor da varivel variar mais que o limite especificado (filtro) que o valor em tela ser atualizado;

Endereo: Corresponde ao endereo da varivel no CLP.

A Fig. 3 mostra uma janela tpica de uma varivel analgica e seus parmetros.

Figura 3: Definio de parmetros de variveis analgicas [1].

Os valores limites definem 5 faixas de operao para a varivel. Quando a varivel cruza uma destas fronteiras um alarme dado para o operador. Em geral os valores da varivel na tela dependem das cores atribudas a cada faixa. Estas cores em geral so as mesmas para todas as variveis. A Fig. 4 apresenta o comportamento tpico de uma varivel analgica e as faixas de operao.

Figura 4: Faixas de operao de uma varivel analgica [1].

Varivel Discreta:

Tambm chamada de varivel digital. Corresponde a 1 bit de informao que pode assumir os valores 0 ou 1.

Seus principais atributos so:

Tag: nome da varivel;

Texto: Descrio sucinta da varivel;

Descrio do estado: Texto a ser atribudo aos estados 0 e 1 da varivel;

Endereo: Endereo da varivel na memria do CLP;

Valor: Valor atual;

Alarme: Determina se a varivel representa algum tipo de alarme.

2.3.2 Variveis Compostas

Enquanto alguns sistemas possuem apenas um pequeno nmero de primitivas, outros possuem tipos mais complexos formados pelo agregado de vrias primitivas fundamentais.

Totalizador:

Totaliza uma varivel analgica diretamente ou reproduz um valor totalizado pelo CLP. A entrada da totalizao tanto pode ser um valor analgico (vazo) ou pulsos associados a uma varivel discreta (totalizador de pulsos). O operador pode a qualquer tempo zerar o valor totalizado. Assim conveniente definir trs atributos bsicos:

Valor totalizado sem reset: no pode ser zerado pelo operador;

Valor totalizado com reset: pode ser zerado pelo operador ao final de um turno, dia, ms, etc;

Data de reset: Armazena a data e hora da ltima ao de reset.

Controlador PID:

Descrevem um controlador PID independente de sua encarnao fsica. Um sistema supervisrio moderno capaz de comandar dezenas de malhas de controle que na verdade so implementadas no nvel inferior de controle representado pelos CLP, Single loops e Multi loops.

Os parmetros de configurao definidos so enviados para a memria do controlador. O operador pode ento realizar a sintonia da malha durante o start-up do sistema, guiado por uma tela de tendncia que plota os valores de varivel medida, set-point e varivel manipulada em funo do tempo ou usando uma ferramenta qualquer de sintonia.

So atributos tpicos:

Tag: Identificao da malha de controle;

Texto: Descrio da malha;

Varivel de entrada: Identificao da varivel de entrada da malha;

Constantes: Kc, Ti, Td para sintonia da malha;

Modo: Modo de operao da malha PID:

Modo Manual: O operador age diretamente sobre a varivel de sada do bloco PID (varivel manipulada);

Modo Automtico: A ao se d sobre o set-point da malha.

Modo Automtico Local: O prprio operador define o valor do set-point.

Modo Automtico Remoto: O set-point definido externamente pela varivel de sada de outra malha em cascata ou por um valor decorrente de algoritmo de otimizao executado pelo SCADA ou CLP.

Endereo: Endereo base do bloco de parmetros PID na memria do CLP;

Identificao do operador que definiu ou sintonizou a malha;

Banda morta;

Limite mximo e mnimo da varivel de sada.

A Fig. 5 apresenta um diagrama tpico de uma malha PID.

Figura 5: Digrama de malha PID tpica [1].

A Fig. 6 ilustra uma janela PID e seus principais modos de operao.

Figura 6: Janela de malha PID [1].

Equipamento:

Corresponde a um equipamento de processo qualquer: motor, classificador espiral, transportador de correia, reator, etc.

Seus principais atributos so:

Tag: Identificao do equipamento;

Texto: Descrio do equipamento;

Bits de status: Cada equipamento possui uma srie de bits tpicos de entrada para o supervisrio, que em suma so funo da filosofia de programao de funcionamento destes equipamentos em nvel do CLP (intertravamentos), por exemplo:

FUN - Bit que avisa ao supervisrio que o equipamento est funcionando;

PPP - Bit que sinaliza que o equipamento est pronto para partir (pronto para operar);

DEF - Bit que diz que o equipamento est com defeito. Hoje normal enviar para o supervisrio todos os bits de defeito que discriminam quais os problemas ocorridos. Estes bits so utilizados para alarme, diagnstico, e para guias de operao no caso dos sistemas inteligentes;

MODO: Um, dois ou trs bits que discriminam o modo de operao do equipamento:

LOCAL/REMOTO: Diz se o comando est sendo dado pela central de controle ou pelo painel de comando local do equipamento.

OPERAO/MANUTENO: Diz se o equipamento est sendo comandado pela equipe de operao ou se est em manuteno.

Bits de comando: So bits de sada do supervisrio para o equipamento permitindo realizar aes de comando: LIGA: Comando de liga para o equipamento;

DESLIGA: Comando de desliga;

MODO: Definio de um novo modo para o equipamento.

Hormetro: Fornece o total de horas de operao do equipamento.

A Fig. 7 mostra uma janela tpica de um equipamento de um determinado processo.

Figura 7: Janela tpica de um equipamento [1].

Seqncia ou Grupo:

um conjunto de equipamentos intertravados que pode ser tratado do ponto de vista lgico como uma nica entidade. Por exemplo: o conjunto de motores e outros subsistemas que compem um britador primrio pode ser tratado de forma unificada pelo sistema, j que todos os equipamentos que o compem partem e operam em conjunto de forma intertravada.

So Atributos tpicos:

Tag: Identificao da seqncia;

Texto: Descrio da seqncia;

Equipamentos: Relao dos equipamentos que compem a seqncia;

Bits de status: Semelhantes aos bits de status de um equipamento: Funcionando, Pronto para Partir, Defeito;

Modos de Operao: Basicamente a seqncia pode operar em Remoto, em que todos os equipamento esto intertravados e so operados pelo supervisrio, ou em Local em que cada equipamento operado independentemente.

Bits de comando: Servem para ligar desligar ou mudar o modo de operao de todos os equipamentos de uma seqncia.

Clculo:

Nem todas as variveis de interesse podem ser amostradas diretamente do processo. s vezes estamos interessados no comportamento de uma varivel que no medida, mas que pode ser inferida a partir de diversas outras variveis. Por exemplo calcular a potncia ativa a partir dos valores de tenso, corrente e fator de potncia. Clculos como estes em geral so definidos a partir de uma linguagem procedimental que deve conter no mnimo:

Funes de acesso a valores de variveis do processo;

Funes aritmticas fundamentais: soma, subtrao, multiplicao, diviso, mod;

Funes booleanas: and, or, xor e not;

Funes transcendentais: trigonomtricas, exponenciais, logartmicas, radiciao, etc;

Instrues condicionais: if ...then... else...;

Funes de manipulao de texto;

O tipo retornado de um clculo geralmente um valor real, um valor booleano ou um string;

A chamada de um clculo que envolve um outro clculo deve referenciar sempre ao ltimo valor calculado para se evitar chamadas recursivas infinitas;

A varivel calculada deve se comportar como um ponto qualquer amostrado diretamente do processo e permitir: gerar valores instantneos para exibio em sinticos segundo diversas formas e gerar valores para base de dados histrica.2.4. Principais Funes de um SCADA

2.4.1 - Sinticos

Os sinticos fornecem uma representao grfica global da planta em substituio aos painis sinticos tradicionais. Cada sintico representa uma rea do processo em certo nvel de detalhe.

As telas possuem uma parte fixa denominada mscara ou fundo (desenho que representa o processo) e diversos campos que so atualizados dinamicamente. Esses campos so construdos a partir de elementos grficos como retas, crculos, retngulos, etc. Eles so armazenados em bibliotecas para que possam ser usados em todas as reas da planta. Posteriormente, podem ser animados para representarem alguma informao do professo. Por exemplo, um motor em defeito fica na cor roxa para simbolizar o problema.

O construtor de sinticos a ferramenta que permite ao usurio criar novos sinpticos. De preferncia deve ser possvel se usar o construtor com o sistema on-line. Alguns construtores so editores grficos que definem duas estruturas de dados bsicas: uma para a mscara e outra para os campos dinmicos. Alguns construtores, entretanto, necessitam compilar a descrio de campos para obter um cdigo executvel para as animaes.

Sinticos com estrutura de dados geomtrica so mais flexveis para modificaes futuras e parecem ser uma tendncia para sistemas SCADA atuais. Sinticos bitmapeados so mais rpidos de se exibir e permitem definir um maior nvel de detalhe para cada smbolo.

A Fig. 8 apresenta um tela sintica da torre de amostragem de uma processo de minerao.

Figura 8: Exemplo de tela sintica [5].

2.4.2 - Animaes

Representao de Variveis Analgicas:

O valor de uma varivel analgica pode ter vrias formas de representao:

Texto: Exibe valor de engenharia da varivel analgica. A cor do texto pode servir para codificar o status da varivel: Muito Baixo, Baixo, Normal, Alto, Muito Alto;

Barras horizontais e verticais: Fornecem uma representao percentual do valor da varivel. Podem ser utilizados para mostrar o enchimento de um silo, etc;

Deslocamento vertical, horizontal: Realiza operao de translao de um objeto na tela em funo do valor de uma varivel de processo. Os valores de 0 a 100% so associados s posies dos extremos do percurso e o software realiza interpolaes para valores intermedirios;

Rotao: Efetua a rotao de um objeto, como por exemplo um moinho, as ps de um ventilador, etc;

Tendncia: Exibe o grfico dos ltimos valores da varivel em funo do tempo;

A Fig. 9 mostra uma barra vertical que representa uma varivel analgica de um processo.

Figura 9: Representao vertical de uma varivel analgica.

Representao de Variveis Digitais:

Texto: exibe o status da varivel: ABERTO/FECHADO, LOCAL/REMOTO, LIGADO/DESLIGADO. Para cada estado possvel definir a cor de apresentao do texto;

Associao cor de um objeto: a cor do objeto muda de acordo com o status da varivel associada. Na maior parte dos sistemas desejvel que a cor de um objeto seja funo no apenas do estado de uma varivel isolada, mas de um conjunto de variveis.

Associao a um par de objetos complementares: Dois objetos que ocupam fisicamente a mesma posio no sintico. Quando a varivel est em 0, o objeto chave aberta, por exemplo, exibido, quando est em 1 a chave mostrada na posio fechada.

Objetos ativos:

Como o mouse hoje se tornou o principal dispositivo de seleo de opes de entrada para sistemas SCADA, a ao de se clicar um objeto hoje a atitude default para se deflagrar qualquer tipo de ao referente ao objeto (equipamento, controle de malha PID, etc). Assim deve-se clicar um objeto para:

Alterar qualquer atributo do objeto, por exemplo: Ligar/desligar, alterar modo de operao, forar valores, inserir mensagem ao operador, etc;

Solicitar ao sistema mais informaes sobre o objeto, por exemplo: Relatrio de ponto, help-on-line, diagnstico, guia operacional, etc;

Exibir ou reconhecer alarmes do objeto.

Um dos objetos mais teis em um sintico so os hot-links que correspondem a textos ou figuras que quando clicadas chamam uma nova tela de sinptico permitindo a criao de acessos diretos, rpidos e complexos no estilo hipertexto.

2.4.3 Operao

Para operar um equipamento deve-se selecionar com o mouse um equipamento no sintico e solicitar a abertura da janela de operao. Esta janela nos permite realizar as operaes bsicas com um equipamento: ligar, desligar, solicitar um diagnstico, rearmar defeitos, etc. A Fig. 10 ilustra uma janela de operao tpica.

Figura 10: Janela de operao de um equipamento [1].

2.4.4 - Gerenciador de Alarmes

Este mdulo est presente em todos os sistemas SCADA. Ele recebe os eventos do processo e os registra identificando:

Data e hora do evento;

Varivel alarmada;

Valor no momento do alarme;

Descrio do evento;

Data e hora de normalizao do evento;

Status do evento: alarmado, normalizado, reconhecido pelo operador.

Os eventos so armazenados em um buffer circular em disco ou memria que grava os ltimos N eventos correspondendo geralmente a um turno de operao. Aps este prazo, o arquivo pode ser salvo em disco para anlise histrica, transferindo para outro computador de maior capacidade de armazenamento ou simplesmente descartado.

A interface com operador se d geralmente de duas formas:

Uma janela de alarmes exibe os x alarmes mais recentes.

O operador pode solicitar a exibio de uma pgina de alarmes contendo cerca de 20 alarmes mais recentes e depois paginar para frente e para trs at encontrar o evento de interesse.

Quando um alarme ocorre o operador avisado atravs de um som. O operador deve declarar que est ciente do problema, reconhecendo o alarme mais recente ou todos os alarmes simultaneamente. O alarme mais recente ento substitudo na tela por outro alarme que ainda no tenha tido a oportunidade de se manifestar.

2.4.5 - Registrador de Tendncia

Este componente plota um grfico de tendncia de uma dada varivel, geralmente analgica, em funo do tempo. O usurio dever definir duas coisas:

Quais variveis devem ser amostradas pelo sistema sincronamente com um relgio e com qual freqncia;

Para cada grfico, quais das variveis registradas devem ser exibidas simultaneamente em uma mesma tela.

Os perodos de amostragem que variam tipicamente de 100 ms a 1 hora devem ser escolhidos de acordo com a velocidade real do processo. normal escolher um perodo para cada tipo de varivel (temperatura, nvel, presso, etc).

Os dados so geralmente armazenados em um buffer circular. O perodo total de armazenagem de dados ir depender do perodo de amostragem. A Fig. 11 mostra um grfico de tendncia de uma aplicao qualquer.

Figura 11: Grfico de tendncia tpico [1].

As operaes possveis neste tipo de grfico so:

a) Movimentao de cursor: Um cursor grfico vertical movimentado pela figura fornecendo a leitura dos pontos onde o cursor intercepta as curvas. Serve para examinar os valores crticos da varivel e o momento em que um evento ocorre.

b) Paginao: Realiza paginao horizontal do grfico para visualizao dos pontos passados.

c) Zoom horizontal e vertical: Realiza ampliao da parte do grfico selecionada por uma janela de edio.

2.4.6 - Tendncia Histrica

Quando se deseja armazenar valores de variveis em disco por longos perodos de tempo se recorre ao registro histrico. O registro histrico possui um perodo de amostragem tipicamente maior que o da tendncia instantnea (alguns minutos).

Nos sistemas mais recentes, pode-se visualizar os grficos de tendncia instantnea e histrica de forma concatenada em um nico sistema de coordenadas.

Hoje se prefere realizar todas as funes histricas de um sistema SCADA em um software externo denominado PIMS (Process/Plant Information Management System). Os PIMS possuem melhores algoritmos de compresso de dados e armazenam tipicamente 5 anos de operao em um winchester de dimenses normais (20 Gbytes).

2.4.7 - Gerador de Relatrios

At agora os nicos dados armazenados em disco foram os relativos aos registros de tendncia instantnea e histrica. Evidentemente uma das principais funes dos sistemas SCADA reside na sua capacidade de armazenar dados e produzir relatrios de produo ao final de um turno, dia ou ms. Os relatrios de produo incluindo os relatrios de balano de massa ou energia demonstram quanto uma determinada planta produziu, quanto consumiu de insumos, de energia, etc e constituem o principal relatrio de interesse gerencial. Outro alvo de interesse, desta vez por parte dos funcionrios de manuteno so os relatrios de monitoramento de equipamentos que dizem quando cada equipamento parou, por que parou e por quanto tempo ficou parado.

O usurio deve definir as variveis que faro parte do relatrio e o seu perodo (ou instante) de amostragem. A armazenagem de um dado pode estar vinculada a um evento e no apenas a um horrio. Isto muito comum em sistemas de batelada. Depois dever der definido o formato do relatrio e o instante de sua impresso (final do turno, dia, etc).

2.4.8 - Log de Eventos

Registra no arquivo de dirio de bordo todos os eventos relevantes de operao, com data, hora, descrio do evento e operador logado na hora do evento. Os eventos de interesse geralmente so:

Eventos de configurao da base de dados;

Eventos de operao crticos tais como: ao sobre malhas de controle, partida e parada da planta ou de equipamentos crticos, etc.

Este registro est vinculado existncia de um sistema de senhas para identificar cada operador que assuma a operao. O operador que deixa a operao dever realizar o logoff da estao enquanto o novo realiza o login.

2.4.9 - Linguagem de Programao

Muitos sistemas de superviso apresentam linguagens de programao que permitem ao usurio criar seus prprios programas associados ocorrncia de algum tipo de evento. Os eventos podem ter diversas naturezas. Hoje a compreenso da natureza dos eventos possveis de ocorrer tem trazido alto grau de generalidade s ferramentas.

Atualmente praticamente todos os sistemas SCADA abandonaram linguagens prprias e padronizaram o Visual Basic, o VBA da Microsoft ou o C/C++ como sua linguagem de gerao de aplicaes.2.5. Requisitos da Interface de Superviso

O projeto da interface Homem Mquina de um sistema SCADA baseado numa srie de critrios ergonmicos tendo por base o relato de problemas de operao de diversos projetos anteriores.

O principal objetivo da interface homem mquina ajudar o operador a criar e manter uma imagem mental fiel e operacional do processo e seus componentes.

As principais dificuldades do operador moderno so:

Deve basear suas aes em uma abstrao da planta real;

No pode mais se especializar numa rea especfica do processo. Deve conhecer todas as reas sob seu controle;

Seus erros e omisses tm conseqncias muito maiores o que implica em maior presso psicolgica;

O operador est submetido a uma postura de trabalho mais montona o que conduz a fadiga.

Ao projetar um sistema de superviso o projetista deve ter em mente:

Diminuir a chance de erro do operador principalmente nos momentos de maior demanda operacional que coincide com o aumento do stress;

Evitar as situaes de monotonia que levam desconcentrao do operador. Sinticos pouco representativos do processo e sem atraes de animao ou com muitos dados tabulares levem ao desinteresse;

Evitar situaes que acarretam cansao. sabido que muitos elementos piscantes na tela trazem cansao. A buzina de alarmes tambm deve ter uma tonalidade agradvel e um nvel no muito alto.

Manter o operador sempre atento ao que realmente interessa. Evitar excesso de informaes na tela. Sinpticos muito cheios trazem excesso de informaes que o operador no capaz de processar. Os alarmes e informaes devem obedecer ao critrio da exceo.

Evitar consulta a referncias externas ao sistema

Os conceitos ergonmicos primordiais para a construo de sinticos so:

Os olhos tendem a se mover de:

Uma imagem grande para uma menor;

Uma cor brilhante para um cor pastel;

Uma imagem colorida para outra monocromtica;

Formas simtricas para formas assimtricas;

Algo que se move e pisca para uma imagem esttica.

Logo ao construir um sintico deve-se obedecer aos seguintes critrios:

Dar preferncia a vdeos de cerca 20";

A construo do sintico deve ser bem balanceada: o nmero de elementos de informao por tela deve ser coerente com a capacidade humana de interpret-los. Evite sinticos congestionados ou vazios demais.

Evite objetos grandes piscantes

Deve haver redundncia na forma de representar uma informao: valor, barras, enchimentos, etc. A representao mais natural a mais indicada. Por exemplo, enchimento para tanques e silos, rotao para um forno de cimento ou britador de martelos, etc.

Equipamentos devem ser desenhados de acordo com sua forma e tamanhos exatos. A representao fotogrfica com excesso de detalhes, sombra, etc. desaconselhvel.2.6. Consideraes Finais

O presente captulo apresenta os elementos e conceitos fundamentais para criao de uma aplicao de sistema de superviso. Inicialmente, so feitas as principais descries de SCADAs e os tipos de arquiteturas mais funcionais. Posteriormente, discorre-se sobre os objetos necessrios em aplicaes de sistemas supervisrios, como: variveis simples e compostas. Por ltimo, so apresentados os mdulos existentes em qualquer SCADA: registradores de tendncia, gerenciadores de alarmes e de relatrios e linguagens de programao. Alm disso, dado destaque aos requisitos ergonmicos para desenvolvimento de aplicaes de supervisrio.

3. SOFTWARES SCADA3.1. Requisitos para Escolha de Sistemas de SupervisoPara escolher entre sistemas supervisrios necessrio considerar-se a aplicao alvo, a plataforma desejada e as caractersticas de interligao a outros sistemas. Para pequenas aplicaes (at 2000 pontos), a plataforma e o sistema operacional influem menos na escolha, mas para grandes aplicaes tornam-se os elementos decisivos.

A Tab. 1 mostra as principais caractersticas par escolha de sistemas de superviso.

Sistema OperacionalPara grandes aplicaes um SO multitarefas preemptivo indispensvel.

PlataformaVerificar se multiplataforma, seno se a plataforma (PC ou Workstation) adequada.

Caractersticas geraisSinticos, tendncia, alarmes, diagnstico, etc.

RedesVerificar qual a rede oferecida.

Redes duaisAlgumas aplicaes requerem uso de redes redundantes.

Sistemas especialistas

Verificar se desejvel o uso de funes inteligentes tais como: operator guidance, alarmes inteligentes, operao automtica, controle supervisrio, deve ser estudada a existncia de um mdulo SE no prprio sistema ou acoplado.

Gerador de relatrios

O usurio deve ter a liberdade de definir seus prprios relatrios.

Gerador de estratgia de controleVerificar se controle DDC for desejado, ou se pretende definir a estratgia de controle no prprio supervisrio.

Interface com bancos de dados relacionais, planilhas, etc.O SCADA deve propiciar interfaces com outros softwares gerenciais.

Interligao a outras redesVerificar se o protocolo TCP/IP est disponvel.

Interface com CLPs,

Multi loops, etcVerificar se possvel uso de carto inteligente, que carto e caractersticas de velocidade.

Abertura para novos aplicativosObservar se possvel definir novas aplicaes e personalizaes em C/C++ ou outra linguagem.

DocumentaoSe o fornecedor propicia documentao adequada, treinamento e suporte.

Tabela 1: Requisitos para escolha de sistemas supervisrios.3.2. Principais Fornecedores

O mercado de automao industrial encontra-se em forte ascenso nos ltimos tempos. Neste contexto, um grande nmero de empresas tem se dedicado ao estudo e desenvolvimento de softwares relacionados rea. Alm disso, em vista do mercado promissor, empresas de destaque tem adquirido a tecnologia de empresas de menor expresso, como o caso da GE Fanuc que comprou os direitos do Proficy iFIX da Intellution. A Tabela 2 apresenta os principais fornecedores mundiais de SCADAs e seus respectivos softwares.

FornecedoresSoftwares SCADA

Allen Bradley/ROCKWELLRSView SE

RSView ME

RSView 32

RSView Studio

SIEMENSPCS7

Simatic WinCC

GE-FANUCCimplicity

Plant Edition

Cimplicity Manager

Proficy iFix

Proficy Fix

SCHNEIDERMonitor Pro

Vijeo Look

PCIM

WonderwareIntouch

USDataFactory Link

PC SoftWizcon

ABBOperateIT

ControlIT

ELIPSEElipse SCADA

Elipse E3

InduSoftInduSoft Web Studio

Tabela 2: Principais fornecedores e seus softwares.

A Fig. 12 mostra a participao dos principais softwares SCADA dentro do difcil mercado de automao brasileiro em 1999.

Figura 12: Marketshare de sistemas SCADA no Brasil em 1999 [1].

Visando a especificao do software mais indicado para um determinado processo, a Petrobrs realizou, em 2000, uma pesquisa do sistema mais apropriado. Para esta pesquisa foram observados os seguintes critrios:

Caractersticas fundamentais, em atendimento a alguns preceitos que nortearam a padronizao atual, ou seja:

Ser aberto e configurvel;

Possuir interface de operao;

Possuir drivers de comunicao com os PLCs de uso do E&P;

Possuir toolkit para desenvolvimento de drivers e outras aplicaes.

Caractersticas essenciais:

Deter significativas parcelas do mercado;

Ter efetiva representao com suporte no Brasil;

Ter uma capacidade grfica e funcional compatvel com a padronizao de IHM da E&P;

Ter sido desenvolvido para ambiente Windows NT, ou seja, utilizar a sua capacidade de processamento de 32 bits;

Utilizar a rede TCP/IP, como suporte para comunicao entre estaes de operao e superviso.

Caractersticas desejveis para os mesmos:

Utilizar os recursos de janela prprios do Windows NT, tais como, pop-up menus, drag & drop e mais de uma janela de processo simultaneamente;

Ser multiplataformas, ou seja, rodar em diferentes CPUs e/ou sistemas operacionais;

J ter sido utilizado, mesmo que em aplicaes de pequeno porte e sob outros sistemas operacionais, pela E&P;

Possuir infra-estrutura de conectividade, DDE, NetDDE , OLE e OPC;

Possuir driver de comunicao para o software de integrao da E&P, o PI -Plant Information, da Oil Systems.

A Fig. 13 ilustra a pesquisa realizada e mostra o resultado do software mais indicado para o processo em anlise. Observa-se que o Fix32 foi o primeiro na lista com o maior nmero de pontos obtidos.

Figura 13: Resultado de benchmarking de teste realizado pela Petrobrs em 2000 [1].

3.3. Novas Tecnologias

O panorama do mercado de automao nos ltimos anos tem se baseado na constante evoluo tecnolgica e na busca da produtividade pelas empresas. Esses fatores atuam como combustvel para um mercado que precisa investir em pesquisa e desenvolvimento para continuar a crescer.

Por outro lado, existe uma contnua presso pela reduo de custos, tanto na parte de produtos como de servios. Esta presso leva busca da melhor relao Custo x Benefcio, com o estudo de quais tecnologias investir, pesquisando quais j se consolidaram ou ainda so promessas, ou ainda que produtos uma empresa prestadora de servios ir manter para se manter competitiva no seu segmento de atuao.

Especificamente para os sistemas de superviso, podemos verificar alguns fatos na atualidade:

Uso contnuo de ferramentas mais antigas baseadas em plataforma Windows, que apesar de possurem conceitos menos evoludos so as mais conhecidas pelo mercado;

A criao de novas ferramentas, tambm para plataforma Windows, que apresentam melhores conceitos de produtividade e flexibilidade;

A busca de novas formas de superviso, como o uso dos servidores Web em PLCs baseados em Linux ou Java;

IHMs baseadas em Windows CE como alternativa s IHMs com hardware proprietrio;

Uso de Linux e Unix para sistemas de maior porte, somente em ambientes cujos usurios possuem uma cultura nesse sentido e esto dispostos a pagar valores maiores, devido ao menor nmero de licenas que so vendidas (exemplos: sistemas de gerenciamento de redes SNMP, sistemas de trfego);

Consolidao do OPC (OLE for Process Control);

A agregao de novas funcionalidades aos sistemas SCADA, como parte da estratgia de expanso (tais como anlises de sistemas de produo e processos, controle de bateladas e outros);

Total integrao com a Web.

Porm, a grande revoluo nos sistemas SCADA se deu com a introduo de dois padres: o OPC para comunicao do SCADA com os CLPs e demais dispositivos de controle e os padres da Web para disseminar informaes a baixo custo para todas as reas da empresa.

3.3.1 Padro OPC

A comunicao de dados utilizada pelos sistemas de controle tradicionais, sejam estes, SDCD, SCADA ou hbrido, normalmente, baseada no modelo OSI-ISO. Entretanto, cada fabricante utiliza o seu conjunto de protocolos para cada camada, dependendo da rede de comunicao utilizada (Profibus, ControlNet, Ethernet, Foundation Fieldbus, etc.). De forma geral, a grande maioria dos fabricantes de mercado utiliza a rede Ethernet com os protocolos TCP/IP para transmisso de dados, sendo utilizado um driver de comunicao como camada de aplicao do modelo OSI-ISO. Portanto, somente atravs do uso do driver de comunicao possvel acessar a comunicao com os dispositivos de um determinado fabricante.

Apesar disso, como a rede Ethernet uma rede multiprotocolos e a maioria dos fabricantes utiliza o TCP/IP, possvel interligar diversos dispositivos de muitos fabricantes na mesma rede Ethernet, sendo que somente os dispositivos que tiverem os mesmos drivers de comunicao iro se comunicar entre si. De forma anloga, pode-se comparar este caso como se fossem colocados diversas pessoas (dispositivos) de diversas nacionalidades (fornecedores) com diversos idiomas (drivers) na mesma sala (rede). Somente as pessoas que soubessem mais de um idioma poderiam conversar com pessoas de diferentes nacionalidades com idiomas diferentes. O mesmo princpio se aplica aos dispositivos de fabricantes diferentes com diferentes drivers de comunicao.

Comunicao

A dificuldade para estabelecer a comunicao nos sistemas tradicionais era solucionada atravs da utilizao de diversos drivers para comunicao entre dispositivos de diferentes fabricantes. Um bom exemplo disso so os sistemas SCADA, que foram concebidos para comunicar com dispositivos de controle de diferentes fabricantes. A Fig. 14 esquematiza tal arquitetura.

Figura 14 Comunicao do sistema SCADA utilizando drivers especficos.

Existem sistemas SCADA que disponibilizam mais de 200 drivers de comunicao diferentes, o que os torna preferidos, em muitos casos, no pelas funcionalidades dos mesmos, mas pelas opes de comunicao. Apesar do uso de drivers ter resolvido parcialmente os problemas de comunicao, estes apresentam as seguintes desvantagens:

Cada driver diferente implica em custo adicional;

Sistemas legados no dispem de drivers na maioria dos sistemas SCADA de mercado, sendo necessrio o desenvolvimento de um driver especfico, o que normalmente bastante oneroso, demorado e sujeito a problemas de desempenho;

Cada driver dispe de mecanismos especficos para comunicao dos dados, com diferentes desempenhos;

Cada driver tem a sua prpria interface com o usurio dificultando o treinamento e manuteno do sistema.

Apesar das desvantagens apresentadas, o uso de drivers como nica forma de comunicao entre sistemas de automao, perdurou at o surgimento do padro OPC.

Alguns conceitos importantes sobre a comunicao de dados so apresentados a seguir:

Transmisso de dados: Independentemente da forma de comunicao, dos protocolos e dos padres envolvidos, toda rede de comunicao possui o seu mecanismo de transmisso de dados, seja este serial ou paralelo, assim como a transmisso pode ser de forma assncrona (sem controle de sincronismo) ou sncrona (normalmente sincronizado por sinal de relgio).

Pooling: Consiste no mecanismo de se fazer a leitura e a escrita dos dados de forma peridica, obedecendo a uma taxa de comunicao (pooling rate) normalmente definida pelo usurio. Normalmente, a aplicao responsvel pela comunicao (SCADA, por exemplo) configurada pelo usurio atravs do seu driver para de tempos em tempos fazer a leitura e a escrita dos dados no dispositivo de campo (CLP ou remota).

Mudana de estado (Por Exceo): Ao contrrio da comunicao por pooling, o mecanismo de mudana de estado consiste na comunicao do dado somente quando o dispositivo que a fonte de dados tem um dado novo para enviar. Neste caso, o driver do sistema SCADA configurado para ficar aguardando o envio de dados, pelo dispositivo de campo, quando este tiver dados novos para enviar. Os comandos de escrita so enviados pelo driver para o dispositivo de campo, quando o sistema SCADA tiver dados para enviar. As regras para se existem dados novos para envio podem variar, mas o caso mais comum consiste na utilizao de uma faixa de tolerncia (banda morta), que determina que todo valor que exceda os limites da faixa considerado como dado novo.

Comunicao Sncrona e Assncrona: Independentemente do tipo de transmisso de sinais da rede de comunicao utilizada, que poder ser sncrona ou assncrona, a comunicao entre um sistema e outro pode ocorrer das seguintes formas:

Sncrona: Ocorre quando uma aplicao envia o dado e fica aguardando uma confirmao do recebimento por parte da aplicao que recebe para poder prosseguir nas suas tarefas. Este tipo de comunicao mantm a aplicao de envio parada at a confirmao do recebimento.

Assncrona: Ocorre quando uma aplicao envia o dado e pode prosseguir nas suas tarefas sem ficar aguardando uma confirmao do recebimento por parte da aplicao que recebe. Para que isto seja possvel, a aplicao que envia define um identificador do envio do dado, o qual ser referenciado na confirmao do recebimento do dado. Atravs do identificador, a aplicao de envio pode concluir o envio do dado no momento do tratamento dos dados nas suas tarefas, de forma assncrona comunicao em si. Este o tipo de comunicao mais utilizado em sistemas de automao.

Tratamento de Dados: Independentemente da forma de transmisso e de comunicao de dados, cada aplicao de controle pode fazer o tratamento dos dados de comunicao de forma sincronizada ou no. Isto , um sistema de controle pode ficar aguardando a concluso do envio/recebimento de um dado, antes de passar para as prximas tarefas (tratamento sncrono) ou pode armazenar os dados enviados/recebidos em uma base de dados interna para tratamento posterior (tratamento assncrono).

O correto entendimento destes conceitos importante para utilizao do padro OPC.

Uso do Padro OPC junto com os Drivers de Comunicao

O padro OPC surgiu como uma forma de estabelecer regras de comunicao entre aplicaes. Portanto, o uso do OPC no elimina a necessidade dos drivers de comunicao, que esto relacionados aos protocolos especficos de cada fabricante de dispositivo de campo. Em linhas gerais, o padro OPC define interfaces entre aplicaes que esto no nvel do usurio, acima da stima camada do modelo OSI-ISO, onde se encontram os drivers de comunicao. A Fig. 15 apresenta as interfaces entre as aplicaes do padro OPC.

Figura 15 Interfaces entre aplicaes do padro OPC.

Conforme pode ser observado na Fig. 15, o padro OPC define somente os mtodos e tipos de dados que podero ser utilizados entre a aplicao chamada de cliente e a aplicao chamada de servidor. Portanto, o OPC no define como a aplicao cliente ir se comportar para outros fins, assim como no define como a aplicao do servidor ir se comportar em relao ao driver de comunicao com os dispositivos de campo. Este o fato pelo qual encontram-se no mercado variaes entre diferentes clientes OPC que apresentam funcionalidades e inteligncias diversas para os usurios, assim como variaes de servidores OPC com mecanismos e recursos diferentes em relao utilizao dos drivers para comunicao com os dispositivos de campo. Mesmo assim, as variaes de clientes e servidores OPC existentes no mercado iro se comunicar entre si, desde que estes estejam na mesma verso da especificao do padro OPC.3.3.2 Tecnologia Web

Os sistemas de superviso incorporaram os padres da web para disseminar informaes a baixo custo para todas as reas da empresa. J em 1998 todos os supervisrios, praticamente, ofereciam estaes clientes leves que podiam exibir quaisquer dados da planta em um PC convencional dotado de um browser. Numa primeira fase tnhamos apenas a utilizao de Internet publishing, isto , as informaes eram disponibilizadas para leitura, mas o usurio no podia interagir com a planta, por exemplo, dando comandos para equipamentos. Uma vez vencidas as barreiras iniciais de segurana, hoje no existem mais limitaes e uma planta pode ser tanto telesupervisionada como telecomandada. Isto fez com que uma estao cliente web pudesse ser fornecida a um custo extraordinariamente baixo.

Dentro deste novo contexto hoje comum que informaes de alarmes possam ser direcionadas para um e-mail, para um pager ou para um telefone celular, criando-se ainda mais flexibilidade e mais segurana para as atividades bsicas. Um exemplo de software que j possui esta funcionalidade o InduSoft Web Studio.3.4. Software iFIX

Conforme descrito na Seo 3.2 existem diversos softwares de sistemas de superviso no mercado mundial. Cada sistema apresenta suas caractersticas que o tornam mais aplicvel em diferentes processos. O iFIX recebe ateno especial, neste projeto, por ser utilizado na aplicao que ser apresentada como estudo de caso deste trabalho.

O iFix um software de superviso fornecido pela Intellution. Recentemente, a GE-FANUC adquiriu esta tecnologia e agora conta com duas solues principais nesta rea: Cimplicity (sistema hbrido) e o prprio iFix que um software dedicado.

Trata-se de uma soluo IHM/SCADA com arquitetura distribuda baseada em cliente/servidor. O iFIX tido como uma boa soluo para qualquer aplicao de automao com funes otimizadas para ambientes grandes de produo. Foi projetado para ser um sistema seguro, verstil e com muitas funcionalidades.

As verses mais recentes (3.0 e 3.5) apresentam melhorias significativas no que diz respeito facilidade de uso, incluindo caractersticas especficas para assinaturas eletrnicas e necessidades de gerenciamento de alteraes para indstrias regulamentadas.

As principais caractersticas desse software so:

Coleta e gerenciamento de dados do processo em tempo-real;

Ambiente de configurao de fcil utilizao;

Compatvel com VBA (Visual Basic for Application);

Assinaturas e registros eletrnicos;

Alto nvel de segurana, com rastreamento completo de eventos e com opo de integrao com segurana do Windows;

Conectividade com bancos de dados relacionais via SQL/ODBC;

Driver ODBC para dados em tempo real e dados histricos;

Gerenciamento de alarmes;

Contadores de alarme;

Arquitetura cliente/servidor de rede;

Biblioteca de objetos grficos (dynamos);

Configurao on-line;

Completa lista de drivers de comunicao para os mais diversos tipos de equipamentos

Compatvel com padro OPC DCOM;

Compatvel com controles ActiveX;

Ambiente integrado de desenvolvimento e execuo (Workspace);

Links indiretos (Tag Group);

Alm disso, h grande vantagem de ser um sistema totalmente disseminado no mercado, o que facilita a busca de informaes e a manuteno.

A Fig. 16 apresenta o espao de trabalho do iFIX.

Figura 16: Espao de trabalho do iFIX [10].

3.4.1 Requisitos para Utilizao do iFIX

Requisitos de Hardware:

Computador Pentium IV com, no mnimo, 1GHz;

Memria: 384 MB RAM e 700 MB de espao livre no HD;

Monitor com resoluo de, no mnimo, 1280x1024 e 65535 cores;

Placa de rede ethernet;

Porta serial para acesso a driver I/O;

Porta paralela ou USB para conexo da chave de hardware.

Requisitos de Software:

O iFIX verso 3.5 suporta at Windows XP Professional English SP1. importante mencionar que Windows 95 e Windows 98 no so compatveis;

Para Windows NT 4.0, Service Pack 5 ou superior;

Para Windows 2000, Service Pack 2 ou superior;

As redes possveis so NetBIOS ou TCP/IP.

Requisitos de Rede: O acesso rede opcional e os ns que no esto em rede so denominados Stand-Alone;

recomendvel a utilizao do carto de rede Ethernet 3COM;

Utilizando NetBIOS, o iFIX suporta o protocolo NetBEUI ou permite a utilizao do TCP/IP;

No caso de utilizao do TCP/IP, deve-se observar os seguintes detalhes:

Antes de instalar o iFIX, configurar os endereos IP com o nome dos ns (utilizar arquivo HOSTS, presente em C:\WINDOWS\system32\drivers\etc).

Habilitar o protocolo TCP/IP no mdulo Configurao de Utilidades do Sistema (SCU) do iFIX.

3.4.2 Fluxo de Dados no iFIX

O fluxo de dados no iFIX parte pelo driver de comunicao que atua diretamente com os dispositivos de entrada e sada do processo. Ele consulta os equipamentos de acordo com os tempos (poll times) especificados em cada linha de endereos do driver (poll records) e escreve os dados de sada imediatamente para os dispositivos de campo.

Esses dados so tambm escritos na Tabela Imagem do Driver (DTI) que constitui um espao reservado na memria que armazena os dados atuais do dispositivo de campo. Esses dados so organizados em pool records e so atualizados de acordo com seus pool times.

Os valores da Tabela Imagem do Driver so processados e escalonados pelo programa SAC (Scan, Alarm & Control) de duas formas:

De acordo com o parmetro scan time, ou seja, processamento por tempo;

Somente quando sua variao for maior que uma banda morta configurada pelo usurio, ou seja, processamento por exceo.

Alm disso, o SAC tem a funo de gerar alarmes quando o valor de uma analgica for maior que os limites definidos pelo projeto. ele tambm que realiza as operaes de escrita nas estaes servidoras.

A base de dados do processo, tambm chamada de PDB, guarda na memria os valores atuais do processo, organizando-os em blocos (ou tags). A partir da PDB, os dados ficam disponveis para um aplicativo de acordo com as requisies realizadas. A Fig. 17 ilustra o fluxo de dados do iFIX.

Figura 17: Arquitetura do sistema.

Utilizando a conexo OPC, os objetos do workspace atualizam suas animaes atravs do EDA, Easy Database Access. Trata-se de um mecanismo que permite que objetos do iFIX acessem informaes dos blocos da base de dados, independente de sua localizao na rede. importante ressaltar que as animaes so atualizadas por processamento por exceo. Seu nome amigvel fornecido pela Intellution Fix32. A consulta base de dados feita de acordo com uma taxa de atualizao (refresh rate) definida na fonte do dado.

3.4.3 Ferramenta DynamoO Dynamo uma ferramenta do iFIX que permite grupos de objetos tenham suas propriedades programadas e alteradas atravs de algoritmos referenciados a ela. Esses algoritmos, criados em Visual Basic for Application, so utilizados para facilitar os desgastantes processos de animao.

Deste modo, representam um grande avano, pois vrios blocos, equipamentos e utilidades podem ser armazenados em bibliotecas. Esses objetos so, posteriormente, aplicados em qualquer parte do projeto em desenvolvimento.

Como exemplo, pode-se citar a animao de um motor. Normalmente, tal tarefa envolve a seleo do mtodo de animao, a digitao da varivel relacionada ao objeto e a seleo da tabela global ligada a este tipo de varivel. Com a utilizao dos dynamos, foi possvel um duplo clique sobre o objeto e a entrada do tag relacionado ao processo. Este mtodo j selecionava e editava todas as propriedades relacionadas animao desejada.

A Fig. 18 mostra um dynamo tpico utilizado para animao de um tanque.

Figura 18: Exemplo de utilizao de um dynamo [11].

Ressalta-se que j existem empresas que criam e vendem dynamos que usualmente so utilizados em qualquer tipo de aplicao. Porm, vale mencionar que a tarefa de criao de dynamos bastante simples e pode ser utilizada para qualquer necessidade do projeto em desenvolvimento.3.5. Consideraes Finais

O presente captulo apresentou informaes sobre os principais fornecedores e softwares SCADA existentes no mercado. Foi apresentado o panorama de utilizao dos softwares no mercado brasileiro e os requisitos bsicos e desejveis nos sistemas SCADA. As novas tendncias tambm obtiveram destaque, principalmente quelas relacionadas ao padro OPC e a tecnologia web.

O software iFIX e suas funcionalidades foram descritos por serem utilizados no estudo de caso que ser apresentado no prximo captulo.

4. ESTUDO DE CASO: SISTEMA DE SUPERVISO DA MINA DE BRUCUTU4.1. A Mina de Brucutu

A Companhia Vale do Rio Doce (CVRD) uma das maiores empresas de minerao e metais do mundo. Presente em 14 estados brasileiros eemcinco continentes, opera mais de 9 (nove) mil quilmetros de malha ferroviria e10 (dez) terminais porturios prprios.

Lder mundial no mercado de minrio de ferro e pelotas, aVale asegunda maior produtoraintegrada de mangans e ferroligas, alm de maior prestadora de servios de logstica do Brasil.Maior exportadora global de minrio de ferro e pelotas, comercializa seus produtos para indstrias siderrgicas do mundo inteiro. No Brasil, o produto explorado em trs sistemas integrados, cada um formado por mina, ferrovia, usina de pelotizao e terminal martimo.

Em todos os seus empreendimentos, a CVRD atua de maneira socialmente responsvel edestaca-se pelo desenvolvimento de projetos de alta tecnologia, em harmonia com o meio ambiente.

A Companhia Vale do Rio Doce possui atualmente operaes em 14 (quatorze) estados brasileiros: Par, Maranho, Tocantins, Sergipe, Bahia, Minas Gerais, Esprito Santo, Rio de Janeiro, So Paulo, Gois, Mato Grosso do Sul, Rio Grande do Sul, Santa Catarina e Amazonas.

No exterior, tem empresas controladas e coligadas nos Estados Unidos, Argentina, Chile, Peru, Frana, Noruega e Bahrain, e escritrios em Nova York, Bruxelas, Gabo, Tquio e Xangai.

As pesquisas geolgicas e tecnolgicas so de importncia estratgica na atuao daVale no setor mineral,cuja meta estar entre as trs maiores mineradoras diversificadas do mundo at o ano de 2010. Responsvel pelo maior programa de pesquisa geolgica j realizado no Brasil, a Companhia est presente tambm em pases como a Monglia, Moambique, Argentina, Cuba, Venezuela, Peru, Chile, Bolvia, Gabo, Angola e China. A Fig. 19 apresenta um mapa com as reas de atuao da Companhia Vale do Rio Doce.

Figura 19: reas de atuao da CVRD [12].

Em Minas Gerais, a Companhia Vale do Rio Doce tem concentrado suas atividades no Complexo de Minas Centrais, conforme mostra a Fig. 20, formado pelos seguintes empreendimentos e suas respectivas localidades:

Mina de Brucutu: So Gonalo do Rio Abaixo;

gua Limpa Rio Piracicaba;

Andrade Bela Vista de Minas;

Gongo Soco Baro de Cocais;

Crrego do Meio Sabar.

Figura 20: Complexo de Minas Centrais da CVRD [13].

Tal Complexo conta hoje com cerca de 4500 funcionrios diretos e indiretos e apresenta uma grande produo, como pode ser visto na Fig. 21.

Figura 21: Produo do Complexo de Minas Centrais [13].

Considerando as minas deste Complexo a que apresenta maior destaque a Mina de Brucutu, localizada no municpio de So Gonalo do Rio Abaixo.

Uma grande expanso que vm sendo realizada na Mina de Brucutu, o que ir torn-la a maior mina do Brasil e uma das trs maiores do mundo, com capacidade para produzir 30 milhes de toneladas de minrio de ferro por ano, conforme mostra o grfico da Fig. 22.

Figura 22: Produo da Mina de Brucutu [13].

Na expanso, esto sendo utilizadas cerca 15.000 toneladas de ao, suficientes para construir duas Torres Eiffel (Paris), e aproximadamente 900 mil sacos de cimento, que dariam para erguer quase trs estdios de futebol do porte do Mineiro, em Belo Horizonte. No pico das obras, 5.700 empregos diretos foram gerados no total, o nmero chega a aproximadamente 20 mil postos de trabalho. Na fase de operao, sero 1.300 empregos diretos e outros 1.300 para servios contratados.

A nova usina produzir apenas produtos concentrados (sinter feed e pellet feed). Cada equipamento de Brucutu tem a marca da evoluo tecnolgica, confirmando o excelente ndice de segurana. A Fig. 23 apresenta fotos de pontos da Mina de Brucutu.

Figura 23: Fotos de reas da Mina de Brucutu.

4.2. Projeto de Automao

A ATAN Cincia da Informao foi contratada para o desenvolvimento e integrao de todo projeto de automao da expanso da Mina de Brucutu. Tal projeto compreende trs disciplinas: Controle de processo, Sistema de Superviso e PIMS. Neste, trabalho dada ateno especial ao Sistema SCADA, pois o autor participou de praticamente todo processo de desenvolvimento do mesmo.

Desde sua internao, o projeto foi muito festejado e encarado como um grande desafio pela grande exposio no mercado nacional e at mundial, pelo tamanho da obra, pela tecnologia inerente ao sistema, pelo pequeno prazo de desenvolvimento e pela jovem equipe de trabalho.

A magnitude do projeto pode ser verificada pelo nmero de pontos de entradas e sadas fsicas e virtuais, conforme a Tab. 3.

I/O FsicoNmero de Pontos (Aproximado)

Entradas Digitais8.00

Sadas Digitais2.300

Entradas Analgicas16

Sadas Analgicas8

I/O VirtualNmero de Pontos (Aproximado)

Acionamentos25.000

Instrumentos4.800

Tabela 3: Nmero de pontos de entrada e sada.

O sistema composto por 12 (doze) controladores lgico programveis Siemens S7-400 que englobam todas as reas do processo. Esses CLPs comunicam com 2 (duas) estaes servidoras SCADA via rede ethernet utilizando o padro OPC. Alm disso, h 6 (seis) estaes clientes para monitorao e comando e uma estao de engenharia para desenvolvimento e manuteno. importante ressaltar que o software de superviso utilizado na execuo do sistema SCADA foi o iFIX, j discutido no Captulo 3, em sua verso 3.5. A Fig. 24 ilustra a arquitetura do sistema projetada pela ATAN.

Figura 24: Arquitetura geral do sistema.

De acordo com o que foi exposto, sempre houve uma grande preocupao em desenvolver um sistema bastante robusto, eficaz e de boa apresentao. Tudo isto em um prazo extremamente curto considerando a grandeza do sistema.

Sendo assim, a necessidade de criar ferramentas que otimizam o processo de desenvolvimento sempre foi alvo de ateno e pesquisa. Deste modo, foram determinados os tpicos. Trata-se de equipamentos que possuem as mesmas classes de defeitos, acionamentos e estados e com isso tem os bits na mesma posio dentro do seu endereo. Isto facilita os processos de criao de tags na base de dados e animaes dentro do sistema de superviso, visto que so potencialmente crticos em relao ao tempo de execuo.

Com o objetivo de otimizar a criao de novos tags na base dados desenvolveu-se uma ferramenta que busca os tags no sistema de controle projetado e os formata no padro aceito pelo iFIX considerando o tpico de cada equipamento. Conseqentemente, eles so salvos em planilhas que podem ser importadas para o iFIX. Isto representa um grande ganho de tempo, visto a eliminao do antigo trabalho puramente manual.

Outra ferramenta criada que possibilita considervel economia de tempo so os Dynamos. Conforme apresentado no Captulo 3, eles so grupos de objetos que podem ser programados e editados facilitando o processo de animao. Com a concepo de tpicos, os equipamentos podem ser animados somente de acordo com seu tag e o tpico. Usando estas informaes, o software processa todos os dados e completa as animaes nos campos necessrios. Um exemplo de animao de equipamento por Dynamo apresentado na Fig. 25.

Figura 25: Interface para animao de equipamento por Dynamo.

Alm dos equipamentos, a animao dos displays que indicam os valores de analgicas do processo tambm representa um trabalho bastante maante, o que foi subtrado pela utilizao de tal ferramenta.

Os dynamos de displays possibilitam a escolha do tipo de varivel: PID, analgica comum, ajuste ou varivel de sada direta. Alm disso, pode ser escolhidos a fonte de alarme, todos os tags das variveis envolvidas e formataes exigveis. A Fig. 26 apresenta a interface de animao dos displays.

Figura 26: Interface para animao de displays por Dynamo.

Levando em considerao o exposto, h grande economia de tempo e reduo de custos em tarefas primordiais no desenvolvimento de sistemas SCADA. Como exemplo, pode-se citar que uma tarefa de animao de uma tela com considervel nmero de equipamentos e displays que antes tinha uma durao aproximada de cerca de 8 horas, hoje estimada em 2 horas.

4.3. Sistema de Superviso Desenvolvido

Nesta seo feita uma descrio das principais caractersticas do SCADA desenvolvido pela ATAN, como: sinticos, janelas de operao, seqncia, analgica, PID e ferramentas de auxlio.

O sistema de superviso projetado foi caracterizado pela robustez, funcionalidade, interface amigvel e beleza. A Fig. 27 apresenta a tela de abertura do aplicativo, onde possvel efetuar operaes de login e logoff.

Figura 27: Tela de abertura do sistema.

4.3.1 Sinticos

As telas de processo guardam entre si uma relao de continuidade tendo a diviso da rea de interface grfica do sistema de operao e superviso definida conforme a Fig. 28.

Figura 28: Estrutura das telas sinticas.

A barra de cabealhos contm as logomarcas da CVRD, da ATAN e o ttulo de cada tela. A rea de sintico destinada apresentao das telas de processo, com suas variveis de campo e conjunto de equipamentos. O barramento de botes permite a navegao de maneira mais rpida entre as telas, conforme mostra a Fig. 29. J o barramento de alarmes lista sempre os dois ltimos alarmes ativos do sistema, para melhor superviso da planta em operao.

Figura 29: Barramento de alarmes.

A Fig. 30 mostra a tela sintica da parte inicial do processo: a britagem primria.

Figura 30: Tela sintica da britagem primria.

A Fig. 31 representa uma parte do processo da usina: a classificao 0,15 mm. Trata-se de uma das etapas dimensionamento do minrio dentro dos requisitos especificados.

Figura 31: Tela sintica da classificao 0,15 mm.

Em alguns casos existem equipamentos que possuem mais de um acionamento e por isso precisam de uma viso explodida para uma monitorao mais fiel. A Fig. 32 apresenta a viso explodida da empilhadeira de duas lanas.

Figura 32: Viso explodida da empilhadeira de duas lanas.

4.3.2 Janela de Operao

A janela de operao foi concebida com base em critrios ergonmicos visando facilitar a monitorao, o comando e a manuteno dos equipamentos. Esta janela possibilita realizar comandos bsicos, monitorar o estado, verificar possveis defeitos e intertravamentos, monitorar variveis e introduzir informaes pertinentes aos equipamentos. A Fig. 33 apresenta uma janela de operao.

Figura 33: Janela de operao de equipamento.

4.3.3 Janela de Seqncia

A janela de seqncia permite monitorar e comandar um grupo de equipamentos que pertencem a um segmento do processo. A janela desenvolvida permite acesso e visualizao do estado de todos equipamentos envolvidos, bem como o status geral do grupo. Com ela possvel comandar o conjunto de equipamentos, bloquear e selecionar dispositivos e verificar defeitos, intertravamentos, informaes e variveis relacionadas. A Fig. 34 ilustra a janela de seqncia do sistema de superviso da Mina de Brucutu.

Figura 34: Janela de seqncia do sistema de superviso da Mina de Brucutu.

4.3.4 Janela de Analgica

A janela de analgica projetada para a Mina de Brucutu mostra o tag da analgica corrente, a descrio, a unidade de engenharia, a referncia (endereamento do Tag), a faixa de operao e os limites de alarmes. Alm disso, h um registrador de tendncia para agilizar a monitorao dos valores da analgica. Ressalta-se que os limites de alarmes s podem ser alterados pela manuteno. A Fig. 35 apresenta a janela de analgica desenvolvida.

Figura 35: Janela de analgica projetada.

4.3.5 Janela de PID

A janela de PID permite ao operador definir a faixa de trabalho desejada, alm dos parmetros do controlador PID (Kp, Td, Ti e Banda Morta), neste caso requerendo nvel de permisso para tal.

possvel comandar a malha atravs do controle manual ou automtico e monitorar os valores das variveis de processo, set-point, varivel manipulada e retorno do instrumento.

O grfico de tendncia destinado equipe de manuteno quando da realizao de sintonia das malhas da planta. Ela auxilia o acompanhamento da resposta de possveis alteraes realizadas nos parmetros do PID. importante lembrar que uma alterao nos parmetros bastante crtica, pois pode afetar o comportamento da malha, podendo levar a consumo excessivo de recursos e a degradao de equipamentos. A Fig. 36 apresenta a interface criada para a janela PID.

Figura 36: Janela de PID do sistema de superviso da Mina de Brucutu.

4.3.6 Registradores de tendncia

O sistema de superviso da Mina de Brucutu apresenta duas variaes: tendncia real e tendncia histrica.

O grfico de tendncia real visa um acompanhamento instantneo das variveis de campo que so configuradas nas penas, enquanto a tela de tendncia histrica apresenta as informaes acumuladas durante um perodo.

Essas telas apresentam diferenciais que facilitam a tarefa de monitorao de variveis. Alm de uma interface extremamente amigvel, possvel adicionar, excluir, configurar limites e tempos de uma pena em tempo de execuo. Elas tambm possuem uma caracterstica para facilitar o acompanhamento das variveis, por manterem a ltima configurao realizada, ou seja, ao abrir a janela de tendncia ela trar a ltima configurao solicitada. A Fig. 37 mostra a interface para adio de penas ao grfico de tendncia.

Figura 37: Interface para adio de penas ao registrador de tendncia.

A Fig. 38 mostra os parmetros passveis de configurao de uma pena.

Figura 38: Parmetros de configurao de uma pena.

A Fig. 39 representa a interface que permite definir o perodo de visualizao do grfico que se deseja monitorar e a taxa de atualizao do mesmo.

Figura 39: Interface para definio da durao do grfico.

Mas o que mais chama ateno nesses registradores de tendncia capacidade de armazenar todas as propriedades de configuraes usuais. Isto facilita muito os processos de operao e manuteno diante do elevado nmero de variveis existentes no processo. Sendo assim, um operador pode armazenar um conjunto de variveis de um motor que ele deve acompanhar diariamente, facilitando o trabalho e minimizando a probabilidade de erros. A Fig. 40 apresenta a tela de tendncia histrica desenvolvida para o sistema de superviso da Mina de Brucutu.

Figura 40: Tela de tendncia histrica.

4.3.7 Tela de Alarmes

A tela de alarmes apresenta a lista de todos os alarmes ativos e alarmes no reconhecidos no sistema. possvel ordenar e filtrar os alarmes pela rea em que so cadastrados e pela sua prioridade, o que auxilia a monitorao do operador.

Alm disso, possvel reconhecer um s alarme, toda rea ou toda pgina e acompanhar o histrico. Observa-se que sua operao bastante simples e intuitiva conforme mostra a Fig. 41.

Figura 41: Tela de alarmes.

4.3.8 Sistema de Alarmes Crticos

O sistema de alarmes crticos foi desenvolvido para destacar a notificao de alarmes que merecem uma ateno especial, por representarem algum perigo, quando ocorrem. Neste sentido foram definidas trs formas de notificao aos operadores e supervisores, sendo elas:

Janela pop-up: Apresenta uma janela por sobre todas as outras para notificar o operador a qualquer momento da ocorrncia do problema. A Fig. 42 mostra um exemplo desta janela pop-up.

Mecanismo de Fala: Esta opo facultativa e permite uma notificao sonora quando da ocorrncia do alarme. Para isso requer caixas de som para uma boa audio do alarme.

Envio de e-Mail: Seguindo a nova tendncia de utilizao da tecnologia web em sistemas SCADA, esta opo envia um e-mail de notificao para todas as pessoas forem cadastradas na aplicao. Para isso requer conexo com servidor de e-mail da empresa.

Figura 42: Janela pop-up para notificao de alarme crtico.4.4. Consideraes Finais

Este captulo apresenta o sistema de superviso da Mina de Brucutu como estudo de caso. Num primeiro momento, a Mina Brucutu focalizada dentro das atividades da Companhia Vale do Rio Doce. So apresentadas suas caractersticas de construo e as perspectivas futuras de produo.

O sistema de automao desenvolvido pela ATAN ganha destaque, enfocado no sistema SCADA, em que so apresentadas as principais dificuldades de desenvolvimento e as solues criadas. Posteriormente, so mostradas as modalidades essenciais do aplicativo desenvolvido pela ATAN, como: sinticos, janelas de operao, seqncia, de analgicas, registradores de tendncia, etc.

5. Concluses

Os sistemas SCADA tm se tornado essenciais para o controle dos processos modernos. Os recursos agregados a estes sistemas abrangem cada vez mais tecnologias e integrao com os outros sistemas tpicos industriais como MES e PIMS. Estes recursos esto cada vez mais voltados para a web, visando possibilitar o monitoramento de uma planta a distncia, embora ainda no seja considerado seguro fazer o controle de plantas via internet. Porm, algumas de suas modalidades j apresentam larga utilizao, como o envio de e-mails e mensagens para celulares, para responsveis pela planta, em caso de alarmes crticos do processo.

Outra tecnologia que possibilitou a efetiva insero dos sistemas SCADA nos processos de automao industrial foi utilizao do padro OPC, que restringiu a necessidade de drivers especficos de comunicao, que oneravam os custos e dificultavam a manuteno.

Este trabalho apresentou como estudo de caso o sistema de Superviso da Mina de Brucutu. O sistema foi caracterizado pela sua grandiosidade e curto prazo de desenvolvimento, o que forou a criao de ferramentas que otimizassem os procedimentos maantes e braais considerados crticos, como: consolidao da base de dados e animao de objetos. Para desenvolvimento da base de dados foi feita uma ferramenta especfica que buscava os tags do sistema de controle e os formatava para o padro aceito pelo iFIX. O problema de animao foi resolvido pela utilizao dos Dynamos, uma ferramenta inerente ao iFIX que tornou o processo mais amigvel e menos maante. Tal ferramenta foi incorporada a todos os projetos que utilizam iFIX dentro da ATAN.

Vale mencionar que a qualidade do sistema desenvolvido foi considerada muito boa e teve alta aceitao do cliente. J fato que todas as aplicaes desenvolvidas pela ATAN para a CVRD esto seguindo o padro estabelecido pelo projeto da Mina de Brucutu. Alm disso, de interesse da equipe de sistemas supervisrios que as principais funcionalidades criadas, como: telas e janelas de tendncia, telas de alarmes e janelas de operao, seqncia e analgica se tornem padres para os sistemas projetados pela ATAN, o que traria uma maior identidade aos produtos e reduziria os custos de desenvolvimento.

Por fim, ressalta-se o crescimento pessoal e profissional obtido pelo trabalho neste projeto. Trata-se de uma conquista pelos servios executados, pelas experincias adquiridas e pelo convvio dirio com novas tecnologias.

6. REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS

[1] Seixas Filho, Constantino, Scada.[2] Souza, Alessandro, J; Oliveira, Luiz Carlos (2003), Automao Industrial.

[3] URL: http://en.wikipedia.org/wiki/SCADA Acessado em Setembro de 2006.[4] Seixas Filho, Constantino, A Automao nos Anos 2000: Uma Anlise das Novas Fronteiras da Automao.

[5] ATAN Cincia da Informao Ltda (2006), Manual de Operao do Sistema de Superviso da Mina de Brucutu.

[6] ATAN Cincia da Informao Ltda (2006), Manual de Manuteno do Sistema de Superviso da Mina de Brucutu.

[7] Seixas Filho, Constantino, Arquiteturas de Sistemas de Automao Uma Introduo.

[8] Geus, Klaus; Souza, Alexandre M.; Milsztajn, Flvio; Kolb, Carlos J. J.; Dometerco, Jos H.; Braga, Ciro C.; Parolin, Emerson L.; Frisch, Arlenio C.; Junior., Luiz K. F.; Junior, A. E.; Jonack, M. A., Tecnologia multiagentes e um modelo para automao distribuda de subestaes.

[9] Fonseca, M. O, (2002), Comunicao OPC Uma abordagem prtica.

[10] URL: http://www.aquarius.com.br Acessado em Setembro 2006.[11] GE Fanuc Automation, Creating a Dynamo with VBA Scripts.

[12] URL: http://www.cvrd.com.br/ Acessado em Setembro de 2006.

[13] Companhia Vale do Rio Doce (2006), Apresentao do Dia de Excelncia da Mina de Brucutu.

[14] Morley, D. (1999), The History of the PLC.

PAIVA, Gustavo de Matos

Sistemas SCADA

Belo Horizonte, Outubro de 2006. xx pgs.

Relatrio Tcnico Apresentado ao Centro Federal de Educao Tecnolgica de Minas Gerais para obteno do grau de Engenheiro Eletricista.

Hardware Processo

PDB

SAC

DTI

Driver