Aula 9

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Redes Industriais e Sistemas Supervisórios
Aula 9: Sistemas Supervisórios - parte 1
Apresentação
O surgimento dos sistemas supervisórios é um marco importante para a indústria. Estes sistemas passaram a permitir
um maior controle dos processos ocorridos na planta industrial.
Além disso, com seu desenvolvimento, tornou-se possível não apenas o monitoramento dos parâmetros, mas também o
controle de diversos processos. Com o uso de tecnologias de rede, este controle e monitoramento passaram a ser
possíveis até mesmo de maneira remota.
Objetivos
Descrever as características de um sistema supervisório
Analisar os equipamentos utilizados em um sistema supervisório
Avaliar as vantagens de um sistema supervisório
 Sistemas supervisórios
Um sistema supervisório deve ser capaz de processar as informações dos processos e torná-las disponíveis para o operador
do sistema ou para qualquer outro usuário do sistema supervisório implantado. Além disso, também podem realizar atividades
de controle em nível de supervisão e, automaticamente, com o auxílio de algum mecanismo especí�co aplicado.
Os sistemas supervisórios são comumente denominados de SCADA
(Supervisory Control and Data Acquisition). Eles visam facilitar a
interpretação e a operação dos sistemas a partir de uma interface mais clara
e de simples entendimento. Esses sistemas são programas que necessitam
ser con�gurados para que funcionem como desejado.
Para que estes sistemas sejam desenvolvidos de maneira a atender aos requisitos necessários, o desenvolvedor do sistema
deve trabalhar em conjunto com os operadores e especialistas dos setores a serem atendidos. Desta forma, o desenvolvedor
poderá conhecer as operações a serem implementadas. Assim, os programas são construídos possuindo uma linguagem,
variáveis, processos e uma série de parâmetros e funções que serão apresentadas.
Atenção
Os sistemas supervisórios permitem também uma melhor rastreabilidade do sistema de produção. A rastreabilidade pode ser
realizada de diversas maneiras, dentre elas pode-se destacar o uso de sistemas de RFID (Radio-Frequency Identi�cation). A
�exibilidade também é um ponto importante no uso de sistemas supervisórios, pois facilita a execução do projeto, da
manutenção e o controle de operação.
 FDA CFR 21 Part. 11.
Os sistemas de algumas empresas, principalmente dos segmentos de ciências da vida (alimentícia e de medicamentos, por
exemplo), precisam seguir normas como a FDA CFR 21 Part. 11. Esta norma foi criada pela FDA (Food and Drug
Administration), que é a agência americana responsável pela regulação de empresas de alimentos, bebidas, equipamentos
médicos, medicamentos e cosméticos.
A parte 11 do título 21 do CFR (Code of Federal Regulations) foi
criada para estabelecer os requisitos mínimos de segurança para
registros e assinaturas eletrônicas em uma indústria.
Assim, se torna garantido o registro eletrônico (assim como sua veri�cação de autenticidade). Para que seja possível atender a
essas especi�cações, softwares mais atuais passaram a ser providos de requisitos e de ferramentas de implementação que
possibilitem a criação de um sistema dentro das normas.
Nos sistemas supervisórios, a linguagem que de�ne a camada de aplicação permite ao usuário criar rotinas associadas a
eventos, os quais podem ter diversas naturezas. Alguns supervisórios contemplam apenas parte desses eventos. A
compreensão da natureza dos eventos pode proporcionar um alto grau de generalidade às ferramentas.
Alguns eventos possíveis são:
1 Variação de um dado de processo;
2 Atendimento de uma condição de processo;
3 Acionamento de uma tecla especial;
4 Clique do mouse sobre um objeto ativo (push button);
5 Lançamento de uma aplicação;
6 Abertura de uma janela, dentre outros.
Outro exemplo possível poderia ser um evento associado a uma condição (equação booleana envolvendo valores de variáveis
de processo) que causa a execução de um Script:
Atenção! Aqui existe uma videoaula, acesso pelo conteúdo online





Variação de um dado de processo;
Atendimento de uma condição de processo;
Acionamento de uma tecla especial;
Clique do mouse sobre um objeto ativo (push button);
Lançamento de uma aplicação;
Abertura de uma janela, dentre outros.
Além disso, cada sistema SCADA irá gerenciar certo número de objetos também denominados entidades. Estes descrevem as
variáveis de processo controladas e os elementos habituais de uma mesa de controle.
Embora este número varie de um sistema para outro, existe um consenso em relação às suas características básicas.
 Variáveis simples
Assim, de maneira geral, a atividade de con�guração de um supervisório inicia geralmente na de�nição de cada variável de
processo na base de dados. Estas variáveis podem ser simples ou compostas.
As variáveis simples podem ser divididas em analógicas e discretas.
 Variáveis simples – analógicas e discretas
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Variáveis simples – analógicas e discretas
Variável analógica
Descreve uma variável analógica de entrada. O CLP já converte esta leitura para um valor digital quantizado em 12bits
(0 a 4095). Os principais atributos destas variáveis são:
1. Tag: conjunto de até 12 caracteres descrevendo o nome da variável;
2. Texto: Descrição sucinta da variável;
3. Unidade de Engenharia (UEng): unidade de medida como temperatura;
4. Valor: último valor lido da variável;
5. Limite inferior: valor em UEng ser atribuído ao valor 0% da variável;
�. Limite superior: valor em UEng a ser atribuído ao valor 100% da variável;
7. Limite HH: valor em UEng para alarme Muito Alto;
�. Limite H: valor em UEng para alarme Alto;
9. Limite L: valor em UEng para alarme Baixo;
10. Limite LL: valor em UEng para alarme Muito Baixo;
11. Histerese: valor percentual de histerese para geração de alarmes. Serve para evitar múltiplos alarmes quando o
valor da variável cruza uma das faixas de�nidas pelos valores limites;
12. Filtro: Somente quando o valor da variável variar mais que o limite especi�cado (�ltro) é que o valor em tela será
atualizado;
13. Endereço: Corresponde ao endereço da variável no CLP.
Estes limites devem de�nir 5 faixas de operação para a variável. À medida que a variável se encontra fora de um destes
limites um alarme é dado para o operador. De forma geral os valores da variável na tela dependem das cores atribuídas
a cada faixa. Estas cores em geral são as mesmas para todas as variáveis.
Variável Discreta
As variáveis discretas também são chamadas de digitais e correspondem a um bit de informação, podendo assumir
os valores de 0 ou 1. Os principais atributos destas variáveis são:
1. Tag: nome da variável;
2. Texto: descrição sucinta da variável;
3. Descrição do estado: texto a ser atribuído aos estados 0 e 1 da variável. Pode corresponder a 2 strings ou a um
índice para uma tabela que contém os textos a serem associados a cada tipo de variável, por exemplo:
Aberto/Fechado para válvulas ou Ligado/Desligado para motores;
4. Endereço: endereço da variável na memória do CLP;
5. Tipo: Diz se a variável desempenha alguma função importante como, por exemplo: bit de Funcionando, Pronto
para Partir ou Defeito de algum equipamento;
�. Valor: valor corrente do ponto
7. Alarme: Determina a classi�cação do alarme associado ao ponto: Crítico, Urgente, Alarme, Evento, Sem alarme. O
sistema também de�ne que tipo de ação será realizada para cada classe de alarme.
O valor normal para uma variável discreta deve ser determinado, para todas as variáveis em conjunto. Isto deve ser
realizado para uma maior facilidade de interpretação por parte do operador e pessoal da manutenção.
 Variáveis compostas
As variáveis compostas são formadas por conjuntos de variáveis simples. Os sistemas podem vir a possuir algumas destas
variáveis complexas.
Uma variável analógica de grande importância é o totalizador. Esta reproduz
o valor total de um CLP. Porém, a entrada da totalização pode ser um valor
analógico (�uxo ou vazão) ou pulsos associadosa uma variável discreta
(totalizador de pulsos).
Neste último caso, a cada pulso, um incremento determinado previamente é aplicado ao valor totalizado. Este operador pode, a
qualquer momento, zerar o valor totalizado.
Assim é conveniente de�nir 3 atributos básicos:
1
Valor totalizado sem reset:
não pode ser zerado pelo operador;
2
Valor totalizado com reset:
pode ser zerado pelo operador;
3
Data de reset:
armazena a data e hora da última ação de reset.
 Malhas de controle
Os sistemas supervisórios modernos são capazes de comandar dezenas de malhas de controle. Estas malhas são
implementadas no nível inferior de controle representado pelos CLP, Single loops e Multi loops.
Os parâmetros de con�guração de�nidos são enviados para a memória do controlador.
Assim, o operador pode realizar a con�guração da malha durante o momento de start do sistema. Isto ocorre com o operador
sento guiado por uma tela de tendência, a qual plota os valores de variável medida, set-point e variável manipulada em função
do tempo.
 Con�guração da malha
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Con�guração da malha
Alguns atributos comuns devem ser conhecidos.
1. Tag: identi�cação da malha de controle;
2. Texto: descrição da malha;
3. Variável de entrada;
4. Constantes: Kc, Ti, Td para sintonia da malha;
5. Modo: modo de operação da malha PID:
a. Modo Manual: O operador age diretamente sobre a variável de saída do bloco PID (variável manipulada);
b. Modo Automático: A ação se dá sobre o set-point da malha;
c. Modo Automático Local: O próprio operador de�ne o valor do setpoint;
d. Modo Automático Remoto: O set-point é de�nido externamente pela variável de saída de outra malha em
cascata (malha mestre) ou por um valor decorrente de algoritmo de otimização executado pelo supervisório.
�. Identi�cação da Malha Mestre;
7. Endereço: Endereço base do bloco de parâmetros PID na memória do CLP;
�. Identi�cação do operador que de�niu ou sintonizou a malha;
9. Banda morta;
10. Limite máximo e mínimo da variável de saída;
11. Polarização.
Os equipamentos que fazem parte do processo possuem também atributos, os quais devem ser con�gurados no
sistema supervisório. Os principais atributos são:
1. Tag: Identi�cação do equipamento;
2. Texto: Descrição do equipamento;
3. Bits de status: Cada equipamento possui uma série de bits típicos de entrada para o supervisório, os quais têm
sua função relacionada com a função da de funcionamento destes equipamentos em nível do CLP:
a. FUN - bit que avisa ao supervisório que o equipamento está funcionando;
b. PPP - bit que sinaliza que o equipamento está pronto para partir (pronto para operar);
c. DEF - Bit que diz que o equipamento está com defeito (valor lógico de todos os bits de defeito do
equipamento);
d. MODO: um, dois ou três bits que discriminam o modo de operação do equipamento;
e. LOCAL/REMOTO: diz se o comando está sendo dado pela central de controle ou pelo painel de comando
local do equipamento.
f. OPERAÇÃO/MANUTENÇÃO: diz se o equipamento está sendo comandado pela sequência a qual pertence
ou isoladamente para manutenção;
4. Bits de comando: São bits de saída do supervisório para o equipamento permitindo realizar ações de comando:
5. LIGA: comando de liga para o equipamento;
�. DESLIGA: comando de desliga;
7. MODO: de�nição de um novo modo para o equipamento;
�. Horímetro: Fornece o total de horas de operação do equipamento.
No desenvolvimento de sistemas SCADA, principalmente para aplicações especí�cas, as ações sobre os dados e os
processos são de�nidas através de scripts. O script é uma linguagem, em geral desenvolvida para �ns de automação,
que possibilita a de�nição dos comandos e funções. Desta forma, se torna possível automatizar e customizar os
sistemas conforme as demandas da planta industrial.
 Atividade dos Operadores
Os operadores podem ter dois tipos básicos de atividade. Na operação normal as atividades visam realizar vigilância, com o
objetivo de detectar qualquer falha antes que afete a produção. O outro modo de operação é chamado de contingência, neste
ocorrem perturbações no processo, geradas por eventos que foram alarmados de maneira simultânea, fazendo com que o
operador gerencie as prioridades do sistema.
Componentes Físicos
Os sistemas supervisórios são formados por componentes de
software e por componentes de hardware (componentes físicos).
Dentre os componentes físicos podemos destacar a presença de
sensores, atuadores, rede de comunicação, estações remotas e a
central de comunicação.
Os sensores são componentes essencialmente de medição, que são conectados a equipamentos controlados pelo sistema
supervisório, os quais interpretam os sinais mensurados pelos sensores. Estes sensores podem ser utilizados para mensurar
uma séria de grandezas como nível de água, velocidade, temperatura, entre outras variáveis.
Atenção
Diferente dos sensores, os atuadores não responsáveis por medir variáveis e sim por atuar sobre os dispositivos e sistemas. Esta
atuação pode ocorrer de diversas formas: movimentando um equipamento robótico, alterando parâmetros de equipamentos ou
até mesmo ligando determinado dispositivo.
As estações remotas, controladores lógicos programáveis (PLCs) e as unidades de terminal remoto (RTUs) são responsáveis
por realizar a comunicação de sensores e atuadores com a central. Eles são unidades computacionais desenvolvidas para uso
industrial, para realizar a leitura de sensores, levar o comando a atuadores, realizar cálculos e atualizar saídas.
Os PLCs possuem a característica de serem mais �exíveis com relação à programação e ao controle de entradas e saídas.
Entretanto, os RTUs possuem uma arquitetura mais distribuída, entre sua unidade de processamento central e os cartões de
entradas e saídas e uma maior precisão.
Apesar da grande importância destes equipamentos descritos, nada seria possível sem uma rede de comunicação. Nesta rede
é possível a troca de dados e informações entre o sistema supervisório e os outros componentes da rede. A parte física desta
rede pode ser formada por cabos de par trançado, �bras óticas, cabo coaxiais ou outros meios de comunicação.
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 Equipamentos de rede
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Equipamentos de rede
Repetidor (Repeater): é um dispositivo não inteligente que simplesmente copia dados de uma rede para outra, fazendo
com que ambas as redes se comportem logicamente como uma rede única. São usados para satisfazer restrições
alcance de rede.
Distribuidores de conexão (Hubs): são utilizados para conectar os equipamentos que em uma LAN. Os equipamentos
interligados a um hub pertencem a um mesmo segmento de rede, isto é, os usuários do hub dividem a largura da
banda. Caso existam dez usuários em um segmento de 100Mbps, cada usuário usufruirá em média de 10Mbps de
banda de passagem.
Ponte (Bridge): dispositivo utilizado para segmentar uma rede local em sub-redes com o objetivo de reduzir tráfego ou
converter diferentes padrões de camadas de enlace (Ethernet para Token Ring, por exemplo)
Roteador (Router): equipamento usado para interligar duas redes que possuem a mesma camada de transporte, mas
camadas de rede diferentes. Os roteadores decidem sobre qual caminho o tráfego de informações (controle e dados)
deve seguir.
Comporta (Gateway): dispositivo usado para dar acesso à rede a um dispositivo.
Switch: dispositivos de mais amplo espectro de utilização, para segmentar a rede a baixo custo, sem necessidade de
roteamento. Sua maior limitação está em não permitir broadcasting entre segmentos.
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 Atividade
1. Até quantos caracteres pode ter a tag de uma variável analógica?
a) 24
b) 15
c) 12
d) 256
e) 10
2. Em uma variável analógica, o Limite inferior de uma Unidade de Engenharia corresponde a qual valor percentual desta
unidade medida?
a) 0%
b) 10%
c) 1%
d) 5%
e) +-5%
3. Qual das opções abaixo não corresponde a umequipamento de rede?
a) Roteador
b) Switch
c) Hub
d) Token
e) Repetidor
4. O que é um Horímetro?
a) Equipamento que fornece o total de horas de operação do equipamento.
b) Um regulador de alarme.
c) Equipamento de categorização.
d) Um sensor.
e) Um atuador
Notas
Referências______. Sistemas Supervisórios. Disponível em: https://docplayer.com.br/18200114-Sistemas-supervisorios.html. Acesso em:
16 set. 2019.
BOYER, S. A. SCADA: Supervisory Control and Data Aquisition. 2. ed. Durhan: Instrument Society of America, 1999.
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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
manufacturing cell. Proceedings of the 20th International Congress of Mechanical Engineering, Gramado, Brazil, 2009.
SOISSON, H. E. Instrumentação Industrial. 2. ed. São Paulo: Hemus, 2008
Próxima aula
Modos de um sistema supervisório;
Dados e relatórios de um sistema supervisório.
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