Sistemas SCADA e a Indústria 4.0

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AULA 5 
IMPLEMENTAÇÃO 
DE SISTEMAS 4.0 
Profª Ana Carolina Bueno Franco 
 
 
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INTRODUÇÃO 
A transformação digital não é feita apenas pela troca de hardwares e 
sistemas. Ações pontuais em sistemas existentes podem trazer grandes 
benefícios ao processo produtivo. Esta aula tem os seguintes objetivos: 
• Compreender o sistema de supervisão e controle; 
• Estudar as boas práticas em sistemas supervisórios; 
• Analisar as principais normas técnicas de automação; 
• Conhecer os sistemas PIMS e MES. 
TEMA 1 – CAMADA DE SUPERVISÃO (TEMPO REAL) – SCADA 
 Os sistemas supervisórios, também conhecidos por sistemas SCADA (em 
inglês, Supervisory, Control And Data Acquisition), são sistemas (softwares) cuja 
função é a supervisão e controle em tempo real, possibilitando que os dados 
do processo industrial ou de uma instalação sejam monitorados e controlados. Os 
dados são enviados ao SCADA por meio de equipamentos de comunicação, tais 
como CLPs (controladores lógicos programáveis), gateways, ou seja, são 
enviados de forma automática. 
 No início, esses sistemas tinham como função básica a telemetria de 
informações do processo, sem a possibilidade de controle (atuação) pelos 
operadores. Os estados das variáveis eram mostrados em painéis com lâmpadas 
e indicadores (Silva; Salvador, 2011). 
 A evolução dos sistemas computacionais ao longo da Terceira Revolução 
Industrial permitiu que os sistemas supervisórios evoluíssem e fossem 
implementados em processos produtivos complexos e até mesmo distantes 
geograficamente. 
 
 
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Figura 1 – Sala de controle antiga 
 
Crédito: Nostal6ie/Shutterstock. 
Dentro da indústria 4.0, os sistemas supervisórios desempenham um papel 
crucial, pois permitem a supervisão e o controle dos sistemas, bem como, 
disponibilizam dados aos sistemas historiadores, ERPs, entre outros. Em alguns 
casos, atuam somente como gateways, ou seja, convertem os dados de um 
protocolo de comunicação para outro. Esses sistemas podem ser aplicados aos 
mais diversos tipos de aplicações: desde automação predial, residencial, industrial 
até o monitoramento de geração de energia. 
Os componentes físicos mínimos para o seu funcionamento são mostrados 
na Figura 2: sensores, atuadores, controladores lógico programáveis (CLPs) e a 
estação de operação e controle, na qual é executado o sistema supervisório. 
 
 
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Figura 2 – Componentes físicos – SCADA 
 
Crédito: Ana Carolina Arouca Bueno Franco (com base em Silva; Salvador, 2011). 
Os componentes lógicos de um sistema supervisório são: 
• Núcleo de processamento: responsável pela distribuição e coordenação de 
informações entres os módulos do SCADA para que as informações e 
alarmes sejam mostrados na interface de operação; 
• Módulo de comunicação: um dos principais módulos do sistema SCADA. É 
responsável por prover a troca de informações com os equipamentos de 
campo (CLPs, outros supervisórios e sistemas); 
• Gerenciamento de alarmes: módulo no qual o usuário estabelece alarmes 
na aplicação cujo objetivo é alertar o operador sobre situações 
discrepantes no processo; 
• Históricos e banco de dados: responsável pela definição, local e 
periodicidade na qual as variáveis serão armazenadas e consultadas; 
• Scripts para desenvolvimento: módulo no qual o usuário pode desenvolver 
seus códigos (scripts) para que sejam executados no supervisório; 
• Interface de operação: responsável pela customização da interface que 
será apresentada ao operador. 
TEMA 2 – CAMADA DE SUPERVISÃO (TEMPO REAL) – CONSIDERAÇÕES 
Os sistemas supervisórios evoluíram para acompanhar as novas 
tecnologias que surgem a cada momento, bem como atender à demanda de 
mercado. Com a redução dos custos de sensores, atuadores e CLPs, os 
supervisórios são cada vez mais usados nas mais diversas aplicações. 
 
 
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Com base nisso, quais implementações e/ou modificações podem ser feitas 
em sistemas SCADA para que estes se adequem à indústria 4.0? 
A primeira consideração a ser feita é em relação ao uso do IoT em 
aplicações na nuvem. Os sistemas supervisórios devem suportar drivers de 
comunicação voltados a aplicações de IoT para que juntos possam extrair ao 
máximo as funcionalidades e benefícios do monitoramento e supervisão remotos. 
Aliás, o uso de IoT levará os sistemas supervisórios a um outro nível, pois as 
aplicações de IoT são bastante diversificadas, portanto ampliarão a sua área de 
atuação. 
Outra consideração a ser feita é em relação a aplicações de supervisórios 
para smartphones e tablets. É importante ressaltar que o uso do supervisório não 
se restringe mais aos operadores, pois se tornou uma fonte de dados confiáveis 
para vários perfis de usuários: gestores, diretores, supervisores, entre outros. 
Essas aplicações permitem a visualização e a operação dos sistemas, de 
qualquer local e a qualquer momento. As telas desses aplicativos são diferentes 
das telas desenvolvidas no sistema supervisório: elas mostram as principais 
informações, levando em conta a questão da usabilidade do cliente final. 
Figura 3 – Aplicação em dispositivo móvel 
 
Crédito: ElenaBSL/Shutterstock. 
A usabilidade das telas desenvolvidas deve ser reconsiderada, pois deve 
priorizar a visualização das informações mais importantes e garantir que o 
 
 
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operador consiga detectar as informações mais importantes e consequentemente, 
consiga agir em tempo hábil para a correção de discrepâncias no processo. 
Por fim, quando se pensa em iniciar uma transformação digital, é 
necessário atualizar sistemas existentes. Em boa parte das indústrias, os 
sistemas supervisórios foram instalados há muitos anos, rodando em versões 
muito antigas. A atualização do sistema pode prover novas funcionalidades, 
disponibilidade para atuar com novas tecnologias e implementações de segurança 
críticas. 
TEMA 3 – CAMADA DE SUPERVISÃO (TEMPO REAL) – NORMAS TÉCNICAS 
As normas técnicas auxiliam os profissionais na implementação de 
tecnologias, assegurando que equipamentos e sistemas alcancem um melhor 
desempenho. De acordo com Paiola, Rocha e Rodrigues (2019), existem três 
normas muito importantes na automação: ISA101, ISA18.2 e ISA106, aplicáveis a 
qualquer segmento na indústria. 
3.1 Norma ISA 101 – IHM 
Uma interface gráfica (IHM) deve atender à demanda de informações e 
entendimento sobre o processo em questão. No final da década de 1990, os 
supervisórios ganharam recursos gráficos devido às inovações no âmbito da 
informática. Isso fez com que os usuários criassem interfaces extremamente 
realistas e com muitas informações disponíveis. O objetivo de uma interface deve 
ser pautado sempre pela interpretação dos dados que são úteis à operação de 
um processo ou planta industrial. 
Deve-se considerar que é por meio das informações disponibilizadas pela 
IHM (interface homem-máquina) que as decisões operacionais são tomadas, o 
que implica diretamente a confiabilidade e segurança do processo. O cuidado em 
desenvolver interfaces gráficas funcionais deve ser redobrado ao se tratar de 
indústria 4.0, pois há um aumento considerável no volume de informações. 
Ao elaborar uma proposta de transformação digital, deve-se considerar a 
revisão e desenvolvimento das telas dos sistemas supervisórios existentes. Nesse 
caso, é preciso formar equipes que integrem membros de automação, operação 
e desenvolvimento, para que se ache um equilíbrio e atenda à demanda de todos. 
 
 
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Segundo Paiola, Rocha e Rodrigues (2019), a norma ANSI/ISA – 101.01-
2015 – Human Machine Interfaces for Process Automation Systems, abrange o 
projeto, implantação, operação e manutenção de uma interface gráfica em 
sistemas automatizados, em todas as fases que englobam o ciclo de vida de uma 
IHM. 
A ergonomia é uma das principais preocupações que se deve ter ao 
elaborar uma tela. A capacidade cognitiva do ser humano deve ser levada em 
conta: como ele interpreta as informações que estãosendo disponibilizadas? Há 
tempo hábil para a detecção e correção de uma situação considerada anormal? 
Figura 4 – Tempo para a detecção de problemas no processo – IHMs 
 
Fonte: Goetz, 2019. 
 
 
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Figura 5 – Consciência situacional 
 
Fonte: Goetz, 2019. 
De acordo com a norma, ao desenvolver uma IHM, devem ser 
considerados: o uso de cores para representar situações normais e cores que 
exaltem anormalidades (Figura 6). 
Figura 6 – Uso adequado de cores em IHMs 
 
Fonte: Goetz, 2019. 
 
 
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Outra consideração sobre o uso de cores é que não deve ser usado 
gradiente nas telas, pois isso afeta a percepção dos objetos. Para a representação 
numérica, recomenda-se: 
Figura 7 – Representação numérica 
 
A Figura 8 mostra como deve ser a representação dos alarmes, de acordo 
com o grau de severidade, ao lado da representação numérica. 
Figura 8 – Representação de alarmes 
 
Fonte: Goetz, 2019. 
 
 
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Figura 9 – Tela de alta performance 
 
Crédito: Genkur/Shutterstock. 
3.2 Norma ISA 18.2 – Alarmes 
Os sistemas supervisórios permitem a livre criação de alarmes, por isso 
muitas aplicações que são desenvolvidas contêm uma grande quantidade de 
alarmes sem que haja um critério ou planejamento. Um alarme pode ser entendido 
como uma situação de anormalidade dentro do processo que exige uma ação de 
correção. 
A norma ANSI/ISA 18.2 estabelece procedimentos para o planejamento, 
implementação e operação para um sistema de gerenciamento de alarmes. A 
principal preocupação em relação ao uso e aplicação da norma é em relação à 
segurança do processo. De acordo com Paiola, Rocha e Rodrigues (2019), uma 
série de estudos constatou que o ser humano possui limitações em relação às 
ações que consegue tomar dentro de um intervalo de tempo. Se há excesso de 
alarmes configurados, não haverá tempo hábil para detectar e tomar as ações de 
correção. Pela norma, em um período de 10 minutos: 
• Ocorrência de 1 alarme – condição satisfatória; 
• Ocorrência de 2 alarmes – máximo gerenciável; 
• Ocorrência acima de 10 alarmes – enxurrada de alarmes. 
 
 
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Uma situação de enxurrada de alarmes é extremamente insegura, pois os 
operadores não conseguirão tomar ações a tempo para reestabelecer a operação 
do processo. Outra norma bastante importante em gerenciamento de alarmes é a 
EEMUA (Engineering, Equipment and Materials User’s Association) 191, a Alarm 
Systems – A Guide to design, management and procurement. Outras normas 
relacionadas aos alarmes são: a IEC 60839 e a NAMUR NA102. Algumas 
considerações sobre a gestão de alarmes: 
• Existem alarmes que são gerados com grande frequência? 
• Ocorrem alarmes que não possuem qualquer ação corretiva? 
• Com relação aos operadores, eles reconhecem ou ignoram alarmes sem 
tomar nenhuma medida correspondente? 
• Se uma porcentagem alta de todos os alarmes disparados é resultado de 
alguns poucos alarmes; 
• Se há realmente prioridades bem definidas dos alarmes; 
A ocorrência de qualquer um dos pontos listados indica uma má gestão de 
alarmes, por isso todos os alarmes configurados em um sistema supervisório 
devem ser revistos para garantir a agilidade na tomada de decisões, conforme 
preconiza a ACATECH. 
3.3 Norma ISA 106 – Automação de procedimentos 
Muitos acidentes na indústria que ocorrem sem estarem relacionados a 
problemas mecânicos têm como causa procedimentos executados de forma 
errada, devido a documentações incompletas ou mal descritas. 
De acordo com Paiola, Rocha e Rodrigues (2019), a norma ISA-106 tem 
como finalidade regular a automação de procedimentos operacionais na indústria. 
Essa norma foi criada com base na junção das normas ISA-88 e ISA-95. Alguns 
tópicos abordados pela norma: 
• Modelos e terminologia; 
• Resolução de situações anormais; 
• Recomendações sobre interfaces entre sistemas diferentes; 
• Treinamentos. 
Essa norma define quais as ações corretas, listando o passo a passo que 
o operador deve seguir a fim de evitar erros. 
 
 
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TEMA 4 – CAMADA DE INFORMAÇÕES – PIMS 
 Os sistemas supervisórios estão no terceiro nível da pirâmide industrial. 
Acima, estão os sistemas que tratam os dados do processo e os transformam em 
informações úteis ao gerenciamento da produção. 
4.1 PIMS – Plant information management system 
Também conhecidos como sistemas historiadores, os sistemas PIMS são 
responsáveis por transformar dados em informações, por meio da coleta de dados 
de diversas fontes, tais como CLPs, sistemas supervisórios e dispositivos que 
enviam dados em IoT. 
Esse sistema teve origem na indústria de processo contínuo, em especial 
indústrias química e petroquímica, para resolver o problema de fragmentação de 
dados (ilhas de informação) e proporcionar uma visão unificada do processo 
(Campos; Bascur; Hertler, 2009). 
Figura 10 – Arquitetura básica de um Sistema PIMS 
 
Crédito: Elias Dalhke. 
Esse sistema pode prover dados em tempo real e histórico, atua também 
como reconciliador de dados, permite a implementação de inteligência artificial e 
 
 
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sistemas especialistas, Supply Chain Manager e facilita a integração de sistemas 
ERP com o restante da fábrica. 
Outra grande vantagem desse tipo de sistema é que ele permite gerar 
dados através de cálculos e índices, gerando relatórios e dashboards. É um 
sistema utilizado para análise, não para atuar sobre o processo. 
Figura 11 – Exemplo de dashboard de um sistema PIMS 
 
Fonte: Elipse Software, [S.d.]. 
Esses sistemas podem armazenar diversos tipos de dados: analógicos, 
digitais, textos, imagens e sons, por longos períodos de tempo, por esse motivo, 
os fornecedores implementam técnicas para que a consulta dos dados seja feita 
de forma rápida. 
Para reproduzir com precisão os dados originais, bem como proporcionar 
uma boa velocidade de descompressão de dados, os sistemas PIMS usam o 
conceito de banco de dados temporal. No banco de dados temporal, para cada 
variável coletada, devem ser processados seu valor, timestamp (instante da 
coleta) e qualidade, que indica a confiabilidade do dado (Salvador, 2019). 
Além do banco de dados temporal, esses sistemas também usam 
algoritmos de compressão de dados, ou seja, só há a gravação do dado no banco, 
quando há mudança na variável, evitando a repetição dos dados. Em alguns 
 
 
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casos, a adoção do banco de dados temporal é combinada com algoritmos de 
compressão, com a redução de cerca de 90% do tamanho do banco de dados. 
TEMA 5 – CAMADA DE INFORMAÇÕES – MES 
Os sistemas definidos como MES (em inglês, Manufacturing Execution 
System) possuem como objetivo principal a gestão das operações de manufatura, 
com o intuito de melhorar a produtividade, diminuir o tempo de produção e 
melhorar a qualidade dos produtos. 
Esse termo foi utilizado pela primeira vez em 1990, pela empresa AMR 
Research. Em 1992, foi criada uma entidade conhecida como MESA 
(Manufacturing Entrerprise Solutions Association), formada por desenvolvedores 
e empresas de integração de sistemas. O objetivo da entidade era definir 
conceitos e funções relacionados aos sistemas MES. 
Saiba mais 
MESA INTERNACIONAL. Disponível em: 
<http://www.mesa.org/en/index.asp>. Acesso em: 5 out. 2020. 
Foi criado então um modelo conhecido como Modelo MESA, que 
representa as funcionalidades e interfaces com outros sistemas de controle. Um 
dos objetivos deste modelo é estabelecer normas e padrões, para as trocas de 
informações entre sistemas de diversos fornecedores. Em 2000, a ISA cria a 
primeira parte da norma ANSI-ISA-95. 
O último modelo proposto pela MESA está dividido em quatro níveis 
hierárquicos e propõe que o conjunto de soluções adotadas seja escolhido em 
funções das necessidades de cada tipo de processo. Os relacionamentos ou 
trocas de dados entre as funções são tratados pela norma ANSI/ISA-95 
 
 
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Figura 12 – Modelo funcional do MES 
 
Fonte: Mesa Internacional, [S.d.].16 
REFERÊNCIAS 
CAMPOS, M.; BASCUR, O.; HERTLER, C. Gerenciamento de Performance 
Operacional em Tempo Real. Revista InTech, 2009. 
ELIPSE SOFTWARE. Disponível em: <https://www.elipse.com.br/>. Acesso em: 5 
out. 2020. 
GOETZ, H. Metodologia para desenvolvimento de IHMs de alta performance visual. 
Elipse Knowledgebase, 25 mar. 2019. Disponível em: 
<https://kb.elipse.com.br/metodologia-para-desenvolvimento-de-ihms-de-alta-
performance-visual/>. Acesso em: 5 out. 2020. 
MESA INTERNACIONAL. Strategic initiatives and research areas. Mesa 
Internacional, [S.d.]. Disponível em: 
<http://www.mesa.org/en/modelstrategicinitiatives/MSI.asp>. Acesso em: 5 out. 
2020. 
PAIOLA, C.; ROCHA, E.; RODRIGUES, A. A Importância das Normas de 
Automação para a Indústria 4.0. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE 
INSTRUMENTAÇÃO, SISTEMAS E AUTOMAÇÃO. Anais..., 2019. Campinas, SP. 
SALVADOR, M. B. Algoritmos de compressão de dados em historiadores de 
processos com banco de dados comerciais. Elipse Knowledgebase, 25 mar. 2019. 
Disponível em: <https://kb.elipse.com.br/algoritmos-de-compressao-de-dados-em-
historiadores-de-processos-com-banco-de-dados-comerciais/>. Acesso em: 6 out. 
2020. 
SILVA, A. P. G. DA; SALVADOR, M. B. O que são sistemas supervisórios? Elipse 
Knowledgebase, 25 mar. 2019. Disponível em: <http://kb.elipse.com.br/pt-
br/questions/62/O+que+são+sistemas+supervisórios%3F>. Acesso em: 6 out. 
2020.