Aula 10

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Redes Industriais e Sistemas Supervisórios
Aula 10: Sistemas Supervisórios: parte 2
Apresentação
A evolução dos sistemas supervisórios torna-os cada vez mais e�cientes e aumenta de maneira considerável suas
possibilidades. Este desenvolvimento fez com que surgissem diferentes modos de operação e uma maior quantidade de
funcionalidades.
Algumas funções de grande importância dentro de um sistema supervisório são o uso de bancos de dados e a
possibilidade da programação de alarmes. Tais bancos de dados permitem armazenar informações, as quais possibilitam
o estudo de tendências dentro da produção. Já o uso de alarmes auxilia o alerta de qualquer anomalia na planta industrial,
permitindo ser executada uma ação o mais rápido possível.
Objetivos
Demonstrar os modos de operação de um sistema supervisório;
Analisar o uso e armazenamento de dados coletados pelo sistema supervisório;
Avaliar o uso de alarmes em um sistema supervisório.
Troca de informações
Os sistemas supervisórios foram desenvolvidos para que fossem possíveis o monitoramento e o controle da planta industrial
de maneira mais e�ciente, como relatado em aulas anteriores.
Desta forma, torna-se evidente que um sistema supervisório está ligado diretamente à troca de informações, a qual pode ser
realizada de alguns modos:
Comunicação por polling ou por interrupção
A comunicação com os equipamentos de campo, realizada através de um protocolo em comum, protocolo este que pode ser
proprietário ou de uso aberto, geralmente pode ocorrer por polling ou por interrupção.
Comunicação por polling
A comunicação por polling, ou mestre-
escravo, faz com que o mestre ou
estação central tenha o controle total
das comunicações. Neste modelo, é
realizado o polling aos dados de cada
escravo ou estação remota, de maneira
sequencial.
Continue lendo...1

Comunicação com as
estações
Nas comunicações por interrupção, o
PLC ou o RTU monitora os seus valores
de entrada e, ao detectar alterações
signi�cativas ou valores que
ultrapassem os limites de�nidos, envia
as informações para a estação central.
Continue lendo...2
A comunicação com as estações de um sistema supervisório ocorre
utilizando protocolos de comunicação, os quais podem ser proprietários ou
abertos. Alguns destes protocolos podem ser desenvolvidos pelo mesmo
desenvolvedor do sistema supervisório. Além disso, a cada dia aumenta o
uso da Internet como meio de comunicação para os sistemas SCADA. Isto
ocorre principalmente devido ao aumento do uso da Ethernet industrial e de
protocolos como TCP/IP, HTTP e HTML.
Uso da internet
O uso da internet nos sistemas supervisórios tornou
possível a supervisão e o controle, em tempo real, da planta
industrial a grandes distâncias. Além disso, o uso da internet
tem outras vantagens como o grande número de
pro�ssionais habilitados tanto para a elaboração quanto
para a manutenção dos sistemas. A comunicação com
outros sistemas também é possível com o uso de módulos
especí�cos, a partir de bancos de dados ou tecnologias
como XML e OPC (OLE for Process Control).
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 Fonte: Shutterstock
A existência de diferentes fabricantes de hardwares, necessários em vários sistemas supervisórios, demandava o uso de
interfaces proprietárias ou personalizadas. Entretanto, uma iniciativa da Microsoft possibilitou a superação desse obstáculo. A
iniciativa da Microsoft resultou no desenvolvimento das tecnologias OLE, COM e DCOM. Estas tinham o objetivo de conectar e
facilitar a comunicação de módulos distribuídos através de uma rede de computadores.
Posteriormente, alguns dos principais fabricantes de hardwares e softwares passaram a contribuir através da OPC Foundation.
Devido a isso, foi criada uma API (Application Programming Interface) padrão, a qual permite a criação de aplicações que se
comuniquem com diferentes dispositivos. A partir do uso da OPC, as indústrias passaram a ter acesso a diversas vantagens
como:
• Criação de uma API uni�cada para todos os servidores de OPC;
• Possibilidade do desenvolvimento de aplicações a partir de ambientes que utilizem COM e ActiveX;
• Identi�car os servidores que podem disponibilizar aos clientes determinados itens OPC;
• Possibilidade de uso de acesso distribuído e remoto através do DCOM.
O padrão OCP
Dentre os principais problemas de se interfacear equipamentos e sistemas no chão de fábrica, destaca-se a compatibilização
dos protocolos da camada de aplicação. Assim, foi criado o MMS (Manufacturing Message Speci�cation), o qual foi uma
tentativa de padronização que fracassou por falta de adeptos.
O padrão OCP é hoje o padrão de fato da indústria. Sem um padrão, nós teríamos que utilizar ou desenvolver um driver que
atendesse perfeitamente à combinação entre sistema SCADA, sistema operacional e cartão de comunicação PC/CLP. Isto
implicaria na existência de centenas de drivers de comunicação, que só atenderiam a versões especí�cas da combinação de
fatores apresentada acima.
Assim, o protocolo OPC elimina essa situação, permitindo que um fabricante de CLP sempre forneça com o seu equipamento
um servidor OPC. O fabricante de SCADA também fornecerá o cliente OPC. Isto também ocorre com um fornecedor de
inversores, de relés inteligentes ou de qualquer outro dispositivo industrial inteligente.
Saiba mais
O padrão OPC é baseado em comunicações cíclicas ou por exceção. Cada transação pode ter de uma a milhares de itens de
dados, o que torna o protocolo muito e�ciente, superando o MMS para aplicações práticas. As especi�cações do protocolo
OPC estão disponíveis no site da OPC Foundation e incluem além da especi�cação básica para a construção de drives (OPC
Data Access Speci�cation – versão 2.05) outras especi�cações.
O servidor OPC é um objeto COM. Entre suas funções principais ele permite:
1. Gerenciar grupos: Criar, clonar e deletar grupos de desativar grupos;
2. Incluir e remover itens em um grupo;
3. Navegar pelas tags existentes (browser interface);
4. Ver os atributos ou campos associado a cada tag;
5. De�nir a linguagem de comunicação a ser usada;
6. Associar mensagens signi�cativas a códigos de erro;
7. Obter o status de funcionamento do servidor;
8. Ser avisada caso o servidor saia do ar.
Um grupo de dados constitui uma maneira conveniente da aplicação organizar os dados de que necessita. Cada grupo de
dados pode ter uma taxa de leitura especí�ca que pode ser lida periodicamente ou por exceção. A interface de grupo permite:
Cada item pode ser interpretado como um objeto OPC, o qual proporciona uma conexão com uma entrada física de dados.
Estes itens fornecem ao cliente informação como: valor, time stamp, qualidade do dado e tipo de dado.
Além disso, é possível de�nir um vetor de objetos como um único item. Isto otimiza a comunicação de dados, visto que apenas
um time stamp e uma palavra de qualidade de dados é utilizada para cada conjunto de dados. As leituras de dados podem ser
de três tipos:
2
1
Leitura cíclica (polling)
Leitura assíncrona (o cliente é avisado quando a leitura se
completa)
3
Por exceção (assinatura)
Gerenciamento de alarmes
O gerenciamento de alarmes é uma função de extrema
importância em sistemas SCADA. Ele recebe os eventos
excepcionais do processo e os registra identi�cando:
• Data e hora do evento;
• Variável alarmada;
• Valor no momento do alarme;
• Descrição do evento;
• Data e hora de normalização do evento;
• Status do evento: alarmado, normalizado, reconhecido pelo
operador.
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Depois de ocorridos, os eventos são armazenados em um buffer circular em disco ou memória que armazena os últimos
eventos correspondendo geralmente a um turno de operação.
Em seguida, o arquivo pode ser salvo em disco para análise histórica, sendo transferidopara um banco de dados em um
servidor. Uma janela de alarmes poderá ser exibida com os alarmes mais recentes.
O operador pode também solicitar a exibição de um relatório de alarmes contendo certa quantidade de alarmes recentes,
identi�cando o evento que deseja.
Atenção
Quando um alarme ocorre, o operador pode ser avisado por diversas maneiras, os mais usados são alertas sonoros e
luminosos. O operador deve declarar que está ciente do problema, reconhecendo o alarme mais recente ou todos os alarmes
simultaneamente.
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Gerenciamento de dados históricos
O armazenamento de dados é de grande importância, podendo ser utilizado para identi�car tendências, traçar estratégias de
melhora de e�ciência e servir de fonte de busca de informações caso necessário. Essas informações são armazenadas em
bancos de dados, os quais podem ser arquivados �sicamente em servidores na empresa ou em servidores externos (até
mesmo nas denominadas nuvens).
Os registradores de tendências fornecem grá�cos de tendência de uma ou mais variáveis. O usuário deverá de�nir duas coisas:
Os períodos de amostragem podem variar conforme o usuário deseje, mas tipicamente varia de 100ms a 1 hora. Esses dados
são geralmente armazenados em um buffer circular. Além disso, o período total de armazenagem de dados dependerá de
questões como período de amostragem e do tamanho do buffer.
O grá�co apresenta:
Movimentação de
cursor
Um cursor grá�co vertical é
passeado pela �gura
fornecendo a leitura dos pontos
onde o cursor intercepta as
curvas. Serve para examinar os
valores críticos da variável e o
momento em que um evento
ocorre;
Paginação
Realiza paginação horizontal do
grá�co para visualização dos
pontos passados;
Zoom horizontal e
vertical
Realiza ampliação da parte do
grá�co selecionada por uma
janela de edição. A redução de
escala pode ser feita para se
retornar à escala original, ou
para uma atingir uma escala
reduzida, gerada pela
compressão dos dados
armazenados.
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 Leia mais sobre gerenciamento de dados históricos
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Para se obter dados de tendência histórica, são utilizados valores de variáveis armazenados por períodos de até um
ano. O registro histórico possui um período de amostragem tipicamente maior que o da tendência instantânea, a qual é
analisada a partir de dados de apenas alguns minutos.
Os valores amostrados podem ser:
Em sistemas mais modernos é possível a visualização de grá�cos de tendência instantânea e histórica de forma
concatenada, em um único sistema de coordenadas. Porém, algumas empresas preferem realizar todas as funções
históricas de um sistema SCADA em um software externo denominado PIMS (Process/Plant Information Management
System).
 
Os PIMS possuem melhores algoritmos de compressão de dados e armazenam tipicamente 5 anos de operação.
Esses sistemas possuem uma grande variedade de funções para manipulação dos registros históricos:
Rápida importação de variáveis de processo através do tag browser;
Grá�co de tendência con�gurado desta maneira pode ser salvo e constituir uma vista personalizada do processo
de um operador em particular;Funções de panning e zoom possibilitam inserir múltiplos cursores no grá�co para
visualização dos valores das variáveis;
Incluir o sinóptico em uma mensagem e enviá-la por e-mail a algum especialista que esteja em casa e queira
analisar os dados;
Suspensão da impressão de qualquer das penas por tempo indeterminado.
Outra questão importante para uma indústria é a geração de relatórios. Evidentemente uma das principais funções dos
sistemas SCADA reside na sua capacidade de armazenar dados e produzir relatórios de produção ao �nal de um turno,
dia ou mês. Esses relatórios de produção, os quais podem incluir relatórios de balanço de massa, demonstram quanto
uma determinada planta produziu, quanto consumiu de insumos, de energia e de qualquer outra variável de consumo,
constituindo o principal relatório de interesse gerencial.
Outro relatório de grande interesse é o relacionado ao funcionamento da planta industrial, pois são os relatórios de
monitoramento de equipamentos que relatam qualquer alteração no seu funcionamento. O usuário deve de�nir as
variáveis que devem fazer parte do relatório e o seu período de amostragem.
Os temas abordados se apresentam como vitais para o planejamento de um sistema supervisório. Quando se deseja
implementar um sistema supervisório, algumas etapas devem ser seguidas:
Entendimento do processo realizado na instalação;
Conhecimento das variáveis a serem monitoradas e/ou controladas;
Planejamento do banco de dados;
Planejamento dos alarmes do sistema;
Determinação da hierarquia a ser seguida pelo sistema;
Planejamento da IHM;
De�nição das características grá�cas;
Planejamento dos sistemas de segurança;
Escolha dos protocolos e padrões a serem aplicados.
 
Atualmente existem diversas empresas voltadas para a implementação de sistemas supervisórios, tanto brasileiras
quando estrangeiras. Uma empresa nacional que se destaca no desenvolvimento de sistemas SCADA é a Elipse,
atuando no mercado nacional e internacional.
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Atividades
1. Qual das alternativas abaixo não se enquadra em uma das funções permitidas pelo servidor OPC?
a) Eliminar uma tag.
b) Gerenciar grupos.
c) Incluir e remover itens em um grupo.
d) Navegar pelas tags existentes.
e) Ver os atributos ou campos associado a cada tag.
2. Para se obter dados de tendência histórica, são utilizados valores de variáveis armazenados por períodos de até quanto
tempo?
a) Dez anos.
b) Dois anos.
c) Um ano.
d) Uma hora.
e) Um dia.
3. Qual empresa desenvolveu inicialmente as tecnologias OLE, COM e DCOM?
a) Microsoft.
b) Google.
c) Apple.
d) Modcom.
e) Intel.
Notas
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A estação remota responde à estação central após a recepção de um pedido.
Isso traz simplicidade ao processo de coleta de dados, inexistência de colisões no tráfego da rede, facilidade na detecção de
falhas de ligação e permite o uso de estações remotas mais simples. Porém, esse modelo é incapaz de comunicar situações à
estação central por iniciativa das estações remotas.
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Isto evita a transferência de informação desnecessária, diminuindo o tráfego na rede, além de permitir uma rápida detecção de
informação urgente e a comunicação entre estações remotas.
Porém, neste modo também existem desvantagens, como um possível atraso para a estação central detectar falhas na ligação
e a necessidade de métodos para obter os valores apresentados ao sistema supervisório estejam sempre atualizados.Referências
______. Sistemas Supervisórios. Disponível em: https://docplayer.com.br/18200114-Sistemas-supervisorios.html. Acesso em:
16 set. 2019.
 
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COELHO, M. S. Sistemas Supervisórios. Cubatão: IFSP, 2010. Disponível em:
//professorcesarcosta.com.br/upload/imagens_upload/Apostila_%20Sistema%20Supervis%C3%B3rio.pdf. Acesso em: 16 set.
2019.
 
BOYER, S. A. SCADA: Supervisory Control and Data Aquisition. 2. ed. Durhan: Instrument Society of America, 1999.
 
QUEIROZ, M. H.; CURY, J. E. R. Controle Supervisório Modular de Sistemas de Manufatura. SBA. Sociedade Brasileira de
Automática, Campinas, v. 13, n. 2, pp. 123-133, 2002.
 
QUEIROZ, M. H.; CURY, J. E. R. Synthesis and implementation of local modular supervisory control for a manufacturing cell. In:
Sixth International Workshop on Discrete Event Systems, Zaragoza, 2002.
 
SILVA, Y. G.; QUEIROZ, M. H. Formal synthesis, simulation and automatic code generation of supervisory control for a
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SOISSON, H. E. Instrumentação Industrial. 2. ed. São Paulo: Hemus, 2008.
Explore mais
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