Sistemas de Supervisão e Aquisição de Dados SCADA - Supervisory Control and Data Aquisition

Prévia do material em texto

Sistemas de Supervisão e Aquisição de Dados
SCADA - Supervisory Control and Data Aquisition
“São sistemas que utilizam software para monitorar e 
supervisionar as variáveis e os dispositivos de sistemas de 
controle conectados através de drivers específicos. Estes 
sistemas podem assumir topologia mono-posto, cliente-
servidor ou múltiplos servidores-clientes. Atualmente tendem a 
libertar-se de protocolos de comunicação proprietários, como 
Page 2
os dispositivos PACs (Controladores Programáveis para 
Automação), módulos de entradas/saídas remotas, 
controladores programáveis (CLPs), registradores , etc., para 
arquiteturas cliente-servidor OPC (OLE for Process Control).”
Porque a empresa precisa de um sistema SCADA?
� Através do monitoramento das variáveis do processo produtivo, (pressão, 
temperatura, vazão, etc.) é possível determinar níveis ótimos de trabalho. Caso 
estes níveis saiam da faixa aceitável o SSC pode gerar um alarme na tela, 
alertando o operador do processo para um eventual problema no processo 
produtivo. Desta forma, as intervenções no processo são feitas rapidamente, 
QUALIDADE
Page 3
produtivo. Desta forma, as intervenções no processo são feitas rapidamente, 
garantindo que o produto final sempre tenha as mesmas características.
Porque a empresa precisa de um sistema SCADA?
� Imagine um processo produtivo com inúmeros instrumentos de medição. 
Quanto tempo e quantos funcionários especializados seriam necessários para 
percorrer todo o processo de produção afim de realizar a leitura de todos os 
instrumentos? Quantas planilhas seriam necessárias e qual a probabilidade de 
erros humanos? Com um SSC é possível centralizar toda a leitura dos 
REDUÇÃO DE CUSTOS OPERACIONAIS
Page 4
erros humanos? Com um SSC é possível centralizar toda a leitura dos 
instrumentos de campo, gerar gráficos de tendência e gráficos históricos das 
variáveis do processo
Porque a empresa precisa de um sistema SCADA?
� Através da rapidez da leitura dos instrumentos de campo, as intervenções 
necessárias podem ser feitas mais rapidamente. Problemas de parada de 
máquina por defeitos podem ser diagnosticados mais pontualmente e os 
setup´s de máquina também são agilizados.
MAXIMIZAÇÃO DESEMPENHO PRODUÇÃO
Page 5
Porque a empresa precisa de um sistema SCADA?
� Os SSC podem coletar os dados do processo produtivo e armazená-los em 
banco de dados. Estes dados podem ser utilizados para gerar informações 
importantes, sendo integrados com sistemas MES, ERP, SAP e etc. Podem 
também fornecer dados em tempo real, para sistemas que realizam cálculos de 
OEE, sistemas SFC, sistemas de PCP ou similares.
BASE DE DADOS
Page 6
OEE, sistemas SFC, sistemas de PCP ou similares.
� OEE - Overall Equipment Effectiveness
� PCP – Planejamento e controle de produção
� MES - Manufacturing Execution Systems
� SFC - Shop floor control
SISTEMA SCADA
OBJETIVO
� O objetivo principal dos sistemas SCADA é propiciar uma interface de alto nível 
do operador com o processo informando-o "em tempo real" de todos os eventos 
de importância da planta.
Page 7
SISTEMA SCADA
VANTAGENS
� Redução de gastos com montagem de painéis de controle e projeto;
� Redução de custos da aquisição de instrumentos de painel, pois no sistema 
SCADA são virtuais;
� Eliminação de custos com peças de reposição, pois tratam-se de instrumentos 
Page 8
� Eliminação de custos com peças de reposição, pois tratam-se de instrumentos 
virtuais;
� Redução de espaço necessário para a sala de controle;
� Dados disponíveis em formato eletrônico, facilitando a geração de relatórios e 
integração com sistemas ERP (Enterprise Resource Planning) ou SIGE 
(Sistemas Integrados de Gestão Empresarial);
� Praticidade da operação, pois os instrumentos são apresentados ao operador 
em um simples clique do dispositivo apontador;
SISTEMA SCADA
DESVANTAGENS
� Existe a necessidade de mão-de-obra capacitada para desenvolver as interfaces 
homem máquina (I.H.M.).
Page 9
SISTEMA SCADA
FUNÇÕES BÁSICAS DOS SISTEMAS DE CONTROLE E SUPERVIS ÃO
� Funções de supervisão:
� Funções de operação:
� Funções de controle:
Page 10
SISTEMA SCADA
FUNÇÕES DE SUPERVISÃO
� Inclui todos as funções de monitoramento do processo tais como: sinóticos 
animados, gráficos de tendência de variáveis analógicas e digitais, relatórios em 
vídeo e impressos, etc.
Page 11
FUNÇÕES DE OPERAÇÃO
� Atualmente os sistemas SCADA substituíram com vantagens as funções da 
mesa de controle. As funções de operação incluem: ligar e desligar 
equipamentos e seqüência de equipamentos, operação de malhas PID, 
mudança de modo de operação de equipamentos, etc.
SISTEMA SCADA
FUNÇÕES DE CONTROLE
� Controle DDC ("Digital Direct Control")
� Alguns sistemas de supervisão possuem uma linguagem que permite definir 
diretamente ações de controle, sem depender de um nível intermediário de 
controle representado por remotas inteligentes. Todas as operações de entrada 
Page 12
controle representado por remotas inteligentes. Todas as operações de entrada 
e saída são executadas diretamente através de cartões de I/O ligados 
diretamente ao barramento do micro, ou por remotas mais simples. Os dados 
são amostrados, um algoritmo de controle como um controlador PID por 
exemplo, é executado, e a saída é aplicada ao processo (ação direta sobre uma 
variável manipulada). Isto entretanto só é possível quando a velocidade do 
processo assim o permite.
� Em alguns casos requisitos de confiabilidade tornam desaconselhável este tipo 
de solução.
SISTEMA SCADA
FUNÇÕES DE CONTROLE
� Controle Supervisório:
� Nesta classe de sistemas, os algoritmos de controle são executados pela 
unidade terminal remota (RTU), mas os set-points para as malhas de controle 
são calculados dinamicamente pelo sistema de supervisão de acordo com o 
Page 13
são calculados dinamicamente pelo sistema de supervisão de acordo com o 
comportamento global do processo. Esta arquitetura possui maior confiabilidade 
que os sistemas DDC e traz a vantagem de atuar sobre um grande número de 
malhas de controle simultaneamente enquanto o operador geralmente só 
consegue atuar malha a malha com um sistema convencional.
� Geralmente é utilizada uma interface tipo sistema especialista para definição das 
regras de controle a nível de supervisão. Este tipo de estratégia é muito utilizado 
para controle avançado na área mineral onde é comum o modelamento 
matemático da planta.
ARQUITETURA SISTEMA SCADA
� Sistemas centralizados que monitoram e controlam locais inteiros, ou sistemas 
complexos de áreas grandes
� Muitas ações de controle são executadas automaticamente através de unidades 
terminais remotas
Page 14
terminais remotas
� Normalmente o Supervisório não executa os funções de controle
� Os dados lidos pelos I/O de campo podem ser armazenados em séries 
temporais permitindo cria um banco de dados de gerenciamento do sistema, 
registros históricos e tendências.
ARQUITETURA SISTEMA SCADA
� As IHMs eram inicialmente plataformas proprietárias e por isso limitadas em seu 
campo de atuação. Atualmente, baseadas na plataforma PC, podem, além de 
desempenhar suas funções básicas descritas anteriormente, gerar relatórios 
para CEP (Controle Estatístico de Processos), impressão de relatórios, ou se 
Page 15
para CEP (Controle Estatístico de Processos), impressão de relatórios, ou se 
comunicar via Ethernet/TCP-IP à rede corporativa.
� A IHM é ligada com o banco de dados do sistema SCADA, promove registros, 
diagnóstico de dados e informação de administração como: procedimentos de 
manutenção, informação de logística, detalhes de agendamento e guias para 
resoluções de problemas.
“Os sinópticos fornecem uma representação gráfica geral da 
planta em substituição aos painéis sinóticos tradicionais. Cada 
sinótico representa uma área do processo em um certo nível 
de detalhe. Para se obter uma visão mais detalhada de uma 
determinada área pode-se recorrer a um novo sinótico, a um 
sinótico de hierarquiainferior (sub-sinótico), ou a uma visão de 
uma outra camada do mesmo sinótico (sistema "multi layer").
Page 16
uma outra camada do mesmo sinótico (sistema "multi layer").
Para alguns tipos de processo, recomenda-se o uso de um 
sinótico tipo plano infinito que traz a representação global de 
uma sistema distribuído geograficamente, tal como um 
oleoduto, o sistema de controle de tráfego de uma cidade, um 
sistema de controle de subestações de trens, etc. Esta técnica 
é denominada full-graphics.”
SISTEMAS SCADA
� Um sistema de controle e/ou aquisição de 
dados. Geralmente o sistema de controle 
de tempo real é constituído de unidade 
separada da estação de supervisão. Pode 
ser um ou conjunto de Controlador Lógico 
Programável (CLP), controlador multloop, 
Page 17
Programável (CLP), controlador multloop, 
controlador single loop, Unidade Terminal 
Remota (RTU), entre outros. Essas 
unidades são conectadas aos sensores e 
atuadores do processo. Convertem os 
sinais dos sensor para dados digitais e 
dados digitais de controle para os 
atuadores. Em alguns casos a estação de 
supervisão desempenha a tarefa de 
executar os algoritmos de controle (DDC);
ARQUITETURA SISTEMAS SCADA
� Arquitetura local de rede CLP com uso do CLP modular ou compacto.
Page 18
ARQUITETURA SISTEMAS SCADA
� Arquitetura local de CLP com I/O remotos ou distribuídos (RTU de I/O).
Page 19
ARQUITETURA SISTEMAS SCADA
� Arquitetura de rede CLP’s
Page 20
SISTEMA SCADA
SOFTWARE
� Pacote supervisório básico: programa de execução da IHM, programa de
� desenvolvimento (construtor de sinóptico) e programa servidor de comunicação 
ou driver de comunicação.
� Pacote batch: contém as funções de gerenciamento de processo de batelada.
Page 21
� Pacote batch: contém as funções de gerenciamento de processo de batelada.
� Pacote SPC/SPQ: contém as funções estatísticas para Statistical Process 
Control, basicamente plotagem automática das cartas de controle e geração de 
alarmes quando um determinado processo foge de seu comportamento normal.
� Gerador de relatórios: linguagem de quarta geração para definição de 
programas pelo próprio usuário;
“Em nenhuma das arquiteturas apresentadas o software de 
supervisão tem ligação direta com o equipamento de controle. 
Todo software de supervisão possui pelo menos uma interface 
de comunicação (OPC, DDE, Suitelink, ActiveX, etc). Esta 
interface possibilita “falar” com outro software e este por sua 
vez possui o protocolo de comunicação com o equipamento 
de controle. Este software é chamado de servidor de 
Page 22
de controle. Este software é chamado de servidor de 
comunicação que pode possuir um ou mais drivers de 
comunicação para os equipamentos de controle.”
Page 23
SISTEMA SCADA
DRIVER COMUNICAÇÃO
� O driver de comunicação funciona como “tradutor” entre o protocolo do 
supervisório e equipamento de controle. Este driver de comunicação deve ser 
especificado em função das seguintes características básicas:
� Sistema operacional utilizado na estação de supervisão;
Page 24
� Sistema operacional utilizado na estação de supervisão;
� Protocolos disponíveis no programa de supervisão;
� Interface e protocolo de comunicação com o equipamento de controle;
� Fabricante/modelo do equipamento de controle;
SISTEMA SCADA
OPC (OLE for process control)
� Seu funcionamento é baseado no OLE (Objetc Linking and Embedding) de 
componentes orientados a objeto, por meio das tecnologias COM e DCOM da 
Microsoft que permitem que aplicações troquem dados que podem ser 
acessados por um ou mais computadores que usam uma arquitetura 
Page 25
acessados por um ou mais computadores que usam uma arquitetura 
cliente/servidor, mesmo que essas aplicações trabalhem sobre sistemas que 
utilizem protocolos diferentes.
SISTEMA SCADA
TAGNAME OU VARIÁVEIS EM UM SISTEMA SCADA
� Sistemas SCADA tipicamente implementam banco de dados chamado de banco 
de dados de tagname que contém dados dos pontos de I/O e dados de 
endereços internos de memória do equipamento de controle. O tagname é um 
espaço da memória da estação de supervisão destinado ao armazenamento de 
Page 26
espaço da memória da estação de supervisão destinado ao armazenamento de 
um valor contido em um conjunto chamado de tipo. Em todo o sistema existem 
basicamente dois conjuntos de variáveis: simples ou primitivas e alguma 
variáveis compostas formadas a partir das primeiras. Os tipos das variáveis 
(tagname) primitivas fundamentais são:
� Numérico: real ou inteira;
� Discreta (lógica, bit, discret, bool, booleano);
� Caracter (mensagem ou string).
SISTEMA SCADA
PLANEJAMENTO DO DESENVOLVIMENTO DA IHM
� Antes de adotar um Sistema Supervisório é necessário efetuar um planejamento 
para que a escolha do mesmo seja a melhor possível. As etapas que devem 
compor o planejamento de um Sistema Supervisório são:
� 1.Entendimento do processo a ser automatizado;
Page 27
� 1.Entendimento do processo a ser automatizado;
� 2.Tomada de dados (variáveis);
� 3.Planejamento do banco de dados;
� 4.Planejamento dos alarmes;
� 5.Planejamento da hierarquia de navegação entre telas;
� 6.Desenho de telas;
� 7.Gráfico de tendências dentro das telas;
� 8.Planejamento de um sistema de segurança;
� 9.Padrão industrial de desenvolvimento.
SISTEMA SCADA
ALGUNS SOFTWARES DE SUPERVISÃO EXISTENTES NO MERCAD O
� Existem no mercado diversos softwares destinados a criação de IHM. Alguns 
exemplos:
Page 28
ELIPSE SCADA
SCADA - Supervisory Control and Data Aquisition
� 1.Introdução;
Page 30
� 1.Introdução;
� 2.Tags
� 3.Criação de Telas;
� 4.Objetos de Tela;
� 5.Scripts;
� 6.Históricos;
� 7.Relatórios;
� 8.Receitas;
� 9.Senhas.
Pacotes do Elipse SCADA 
� Elipse Windows é um software para a criação de aplicativos de supervisão e 
controle de processos nas mais diversas áreas. Totalmente configurável pelo 
usuário, permite monitorar variáveis de processo em tempo real, através de 
gráficos e objetos que estão relacionados com as variáveis físicas de campo. 
Além disso, o usuário poderá fazer acionamentos e enviar ou receber 
informações para os equipamentos de aquisição de dados.
� É possível ainda realizar cálculos através de utilização de linguagem de 
programação, criar bases de dados históricas, relatórios, receitas, e inclusive 
Page 31
programação, criar bases de dados históricas, relatórios, receitas, e inclusive 
supervisionar e controlar um processo à distância.
� Quando na ausência de um dispositivo de proteção (hardkey), o software pode 
ser executado em modo de demonstração. O Demo é utilizado para a avaliação 
do software e possui todos os recursos existentes no Configurador. Trabalha, no 
entanto, com um máximo de 20 Tags, permitindo a comunicação com 
equipamentos de aquisição de dados por até 10 minutos, desde que se possua 
o respectivo driver de comunicação. Não utiliza hardkey e pode ser livremente 
reproduzido.
Pacotes do Elipse SCADA 
Elipse View
� O Elipse View é indicado para aplicações simples, como por exemplo uma 
interface com o operador para monitoração e acionamentos. Permite a 
visualização de variáveis, inclusive com a utilização de animações, programação 
de setpoints, controle de acesso e funções especiais para touchscreen. Esse 
pacote inclui: 
� Comunicação com equipamentos via drivers (DLLs); 
Page 32
� Comunicação com equipamentos via drivers (DLLs); 
� Objetos de Tela; 
� Visualização de alarmes ativos; 
� Comunicação em bloco; 
� Scripts; 
� Servidor e cliente DDE; 
Pacotes do Elipse SCADA 
Elipse MMI (Man Machine Interface) 
� É um software de supervisão completo. Possui banco de dados proprietário, 
relatórios formatados, históricos, receitas, alarmes e Controle Estatístico de 
Processos, facilmente implementáveis. Pode, ainda, ser um servidor da dados 
para outras estações Elipse. Inclui todos os recursos do pacote View, e mais: 
� Históricos, receitas e relatórios; 
� Controle Estatístico de Processos (Módulo CEP); 
Page 33
� Controle Estatístico de Processos(Módulo CEP); 
� Objetos de tela Browser (históricos) e alarmes históricos; 
� Registro de alarmes em disco. 
� O Elipse MMI é indicado para sistemas de qualquer porte, onde não sejam 
necessárias conexões com bancos de dados externos (ODBC e DAO) ou 
aplicações de rede, e quando o usuário precisa enxergar outras estações de 
supervisão. 
Pacotes do Elipse SCADA 
Elipse Pro 
� É um software de supervisão completo. Possui banco de dados proprietário, É a 
mais avançada ferramenta do Elipse SCADA. Permite trocar dados em tempo 
real com outras estações, transferir ou atualizar bancos de dados, realizar 
comandos e programar setpoints através de rede local ou linha discada. Inclui 
todos os recursos do pacote MMI, e mais: 
� ODBC (Open DataBase Connectivity) e DAO (Data Access Objects); 
Page 34
� ODBC (Open DataBase Connectivity) e DAO (Data Access Objects); 
� Cliente e servidor de rede Elipse (TCP/IP); 
� Comunicação com equipamentos via OPC e conexão com SoftPLC de terceiros. 
� O Elipse Pro é a solução ideal para a comunicação com sistemas corporativos, 
pois suporta ODBC, DAO e diversos protocolos de rede. Além disso, esse 
módulo permite a troca de informações com software dedicado a controle 
(SoftPLC). 
Pacotes do Elipse SCADA 
Elipse SCADA CE
� Este pacote permite executar aplicações Elipse SCADA em dispositivos 
baseados no sistema operacional Windows CE, como IHMs, dispositivos sem 
disco em geral e outros dispositivos móveis. 
Page 35
Page 36
FUNDAÇÃO ASSIS GURGACZ
Departamento de Engenharia
Controle e Automação
Informática Industrial
Ezanchet@fag.edu.br