Aquisição de dados

Engenharia Elétrica
Laboratório de Automação Industrial
Professor: Marco Shawn M. Machado
Introdução
Sistemas de
Supervisão
Industrial
Objetivos da Aula
Definição;
História e introdução à sistemas de
supervisão;
Benefícios;
Aquisição de dados;
Características dos sistemas SCADA.
Sistemas de supervisão industrial.
Aula nº 1
Introdução
Sistemas de supervisão industrial.
A melhoria da qualidade de vida, o
aumento da produtividade, redução de
custos, entre outros são fatores que motivam
o desenvolvimento de soluções para
monitoração e controle envolvendo áreas
como informática, robótica, eletro-eletrônica,
mecatrônica, etc.
Sistemas de supervisão industrial.
É um conjunto de ferramentas avançadas,
prontas para atender as necessidades de
gerenciamento de processos, possibilitando a
comunicação com qualquer sistema, desde
plantas industriais até automação predial.
Com um ou mais computadores ligados
numa rede de equipamentos eletrônicos de
chão de fábrica, o software de supervisão
fornece uma ‘foto’ instantânea do processo
monitorado, com informações como
temperatura, pressão, peças produzidas,
tempo de máquina parada, etc.
Sistemas supervisórios permitem o controle
e monitoração de qualquer instalação física
ou processo normalmente com a utilização
de computadores.
Equipamentos coletam os dados das
variáveis de campo e estes depois de serem
manipulados, analisados, armazenados são
apresentados ao usuário. É possível através
de uma hierarquia de componentes de
automação e controle apresentar uma
solução mais completa ao cliente.
• No começo dos processos de supervisão
e controle, sistemas telemétricos
permitiam verificar o estado do processo
industrial através de painéis com
indicadores visuais (lâmpadas e
medidores).
Sistemas de supervisão industrial.
Controle baseado em Computadores:
A necessidade de monitorar diversos sinais
dentro dos processos de produção de
maneira mais eficiente e rápida, impulsiona o
uso de computadores em rede conectados a
dispositivos, equipamentos e sistemas de
instrumentação e controle.
Salas de controle (antes):
-Sinal padrão pneumático ou hidráulico.
-Salas de controle em grandes plantas.
- Os instrumentos pneumáticos do painel eram
de tamanho grande e eram ligados aos
instrumentos de campo através de tubos
metálicos ou plásticos.
Evolução dos sistemas de
supervisão industrial
Sistemas de supervisão industrial.
Salas de
controle
UHE Itaipú
(antes):
Sala de controle mais sofisticada:
- Surgimento dos instrumentos eletrônicos robustos.
- Mais medições com menor custo dos sensores.
- Surgimento de novos sensores para medir variáveis
que não podiam ser medidas anteriormente, por meio
mecânico ou pneumático.
Evolução dos
sistemas de
supervisão
industrial
O controlador lógico programável ainda é
um dos sistemas de controle mais utilizado
na indústria. Conforme a necessidade de
monitorar e controlar dispositivos cresceu
com o aumento da planta, os CLPs foram
distribuídos e os sistemas tornaram-se
maiores tornando imprescindível o uso de
softwares para supervisão.
Sistemas de supervisão industrial.
Salas de controle
UHE Itaipú:
• Os softwares são instalados em
microcomputadores conectados a uma
rede de comunicação de um ou mais
controladores lógicos programáveis
(CLP's) ligados a um equipamento, uma
máquina ou até mesmo a um processo
completo de fabricação. Um processo de
médio a grande porte chega a ter até 4 ou
5000 pontos de controle, entre variáveis
analógicas e digitais.
O programa computacional busca as
informações no CLP e as exibe de forma
animada na tela do computador, na forma
de imagens, gráficos, visores de
mensagens, forma numérica ou objetos em
movimento, como por exemplo, bombas e
motores ou mudança de cores do objeto
para identificar presença de produto em
tanques e tubos ou movimento.
Possibilita ainda, a atuação sobre o
processo, ativando/desativando elementos,
modificando valores ou até mesmo
interrompendo um processo. Podem realizar
operações matemáticas, lógicas, com
vetores ou strings, verificar a condição dos
alarmes, gravação das informações em
banco de dados, ativação de som, envio de
mensagens, etc..
Sistemas de supervisão industrial.
Os sistemas de instrumentação e controle
automático de processos industriais utilizam
controladores,
registradores,
e
outros
dispositivos
individuais,
utilizando
microprocessadores, ou integrados baseados
em computadores.
Cada aplicação pode requerer um tipo
específico de combinação de sistemas
digitais dependendo das especificações.
Sistemas de supervisão industrial.
• Sensores e atuadores;
• Controladores Lógicos Programáveis (CLP);
• Sistemas
de
controle
baseado
em
computadores;
• Sistema de controle distribuidos (DCS);
• Controle Supervisório e de Aquisição de
Dados (SCADA – Supervisory Control and
Data Acquisition).
Sistemas de supervisão industrial.
Controle Supervisório e de Aquisição de Dados
(SCADA).
- É um sistema baseado em computadores
que permite supervisionar e controlar à
distância uma instalação de qualquer tipo.
- É possível um sistema SCADA em qualquer
nível de controle do processo.
Sistemas de supervisão industrial.
Sistemas de supervisão industrial.
Cliente
Cliente
Web Browser
Web Browser
TCP/IP Inalámbrico
Cliente
Cliente
Web Browser
Web Browser
Modem
Internet, Intranet, LAN
Firewall
Central de Base
de Datos
Nodo SCADA
Area Local
Nodo SCADA
Instrumento
IP
Instrumento
PLC
PLC
Microcontrolador
Dispositivo
Activado
por IP
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Funções de um sistema SCADA:
• Receber, armazenar e mostrar informação, de forma
contínua e confiável, correspondente à sinalização de
campo: estados de dispositivos, medições, alarmes, etc.
• Executar ações de controle iniciadas pelo operador, tais
como: abrir ou fechar válvulas, partir ou parar motores,
etc.
• Alertar ao operador de mudanças detectadas na planta,
tanto situações que não se considerem normais (alarmes),
como mudanças que se produzam em operações diárias.
Estas mudanças devem ser armazenadas pelo sistema
para a sua posterior análise.
• Aplicações em geral, baseadas em informações obtidas
pelo sistema, tais como: reportes, gráficos de tendência,
histórico de variáveis, cálculos, predições, detecção de
problemas, etc.
Sistemas de supervisão industrial.
• SCADA significa Supervisão, Controle e
Aquisição de Dados.
• É uma tecnologia que permite colecionar
informações locais e remotas de um ou
mais pontos, enviar instruções de controle
e realizar tarefas de supervisão por parte
da administração do sistema.
• O SCADA faz com que visitas às estações
remotas não sejam necessárias.
Sistemas de supervisão industrial.
• O SCADA permite ao operador ter em
uma estação central o controle do
processo distribuído, para poder modificar
os
Valores
de
Referência
dos
controladores situados à distância, abrir
ou fechar válvulas ou comutadores,
monitorar
alarmes
e
armazenar
informação.
• Se as distâncias são consideráveis há
uma maior eficiência.
Benefícios de um software de supervisão
•
•
•
•
•
•
•
Informações instantâneas;
Redução no tempo de produção;
Redução de custos de produção;
Precisão das informações;
Detecção de falhas;
Aumento da qualidade;
Aumento da produtividade.
Sistemas de supervisão industrial
Vantagens:
• Desenho com interface amigável (Xwindows);
• Controle automático;
• Processamento Off-Line e On-Line;
• Ambiente integrado;
• Manipulação extensiva de dados;
• Elevada saída de dados (throughput);
• Resposta em Tempo Real.
Sistemas de supervisão industrial
Sistema de monitoração:
– Estado remoto(Digital);
– Acumulação de pulsos;
– Estado remoto(Analógicos);
– Seqüência de estados de eventos;
– Seqüências analógicas de eventos.
Sistemas de supervisão industrial
Sistemas de controle:
– Interruptor elétrico de controle;
– Despacho de carga;
– Redução de perdas;
– Isolamento de falhas;
– Restauração de serviços.
Sistemas de supervisão industrial
Sistemas de administração:
– Dados do sistema;
– Armazenamento de estados;
– Análises do sistema;
– Seqüência de eventos e análises;
– Redução de perdas;
– Analises de atividades.
Sistemas de supervisão industrial
Características:
• Resposta a eventos externos em um
tempo máximo;
• Drivers de comunicações com os
sensores e atuadores;
• Alto nível de segurança;
• De “tempo infinito”, o que significa que
devem estar preparados para
autorecuperar-se de situações de
exceção.
Controle c/ computador Supervisório
- Uso do computador para estabelecer o ponto
de ajuste e outros parâmetros dos
controladores analógicos, para evitar a perda
do sinal para os elementos finais de controle,
quando o computador parasse. Era necessário
um sistema redundante para auxiliar os
operadores.
Controle Supervisório e Aquisição de Dados
(SCADA)
Tipos dados coletados e armazenados:
– Analógicos (Contínuos no tempo):
• corrente de 4 a 20 mA CC;
• tensão de mV de células de carga;
• tensão de termopares dos tipos J, K, R, S, T e
outros;
• resistências detectoras de temperatura,
• pulsos de turbinas medidoras de vazão,
• freqüência de sinais de transmissores de
vazão magnéticos;
• Etc.
Controle Supervisório e Aquisição de Dados
(SCADA)
Tipos dados coletados e armazenados:
– Discretos (Possuem dois estados):
• Dados discretos são as saídas de
chave, que podem ser 0 ou 1.
Exemplos: Motores ou bombas ligadas ou
desligadas, chaves abertas ou fechadas,
válvulas acionadas ou não, sinalizações
acesas ou não, etc.
Controle Supervisório e Aquisição de Dados
(SCADA)
Aquisição de dados
A aquisição das informações de processo
se dá através de equipamentos de
aquisição de dados, tipicamente CLPs
(Controlador Lógico Programável) ou placas
de aquisição de dados.
O CLP recebe as informações, processa os
dados e atua num sensor ou equipamento.
A comunicação do CLP com o computador
é feita através da porta serial RS-232 ou
diretamente pelas placas de aquisição.
• Uma vez que as informações ficam
disponíveis, o software de supervisão
mostra, em telas gráficas e em tempo real,
o status do processo.
• Os dados podem ficar armazenados,
permitindo análises históricas, relatórios e
até controle estatístico do processo.
Relembrando....
O que é um sistema supervisório?
É um sistema de hardware e software
que permite ao operador ter informações em
tempo real (online) de um processo.
Quais informações?
●
Estado
operacional
de
um
equipamento ou processo;
● Valores de variáveis de uma máquina
ou processo;
● Alarmes;
● Relatórios;
● Gráficos de tendência, etc.
Relembrando....
Quais as vantagens de um sistema
supervisório?
• Informações instantâneas;
• Redução no tempo de produção;
• Redução de custos de produção;
• Precisão das informações;
• Detecção de falhas;
• Aumento da qualidade;
• Aumento da produtividade.
Sistemas de supervisão industrial.
Existem vários fornecedores de softwares de
supervisão no mercado, nacionais ou não. O
software utilizado como modelo nesse livro
será o software Elipse SCADA da empresa
Elipse Software. O supervisório Elipse é
constituído por quatro versões distintas
indicadas segundo as necessidades do
usuário:
Elipse VIEW, Elipse MMI, Elipse PRO e
Power.
Sistemas de supervisão industrial.
Elipse SCADA - características:
Interface gráfica intuitiva;
Base de dados;
Comunicação com equipamentos;
Geração de históricos;
Verificação de alarmes;
Atuação por eventos (scripts);
Relatórios gráficos;
Criação de receitas;
Conectividade com banco de dados;
Controle de acesso;
Acesso remoto via internet;
Captura e registro de imagens.
Sistemas de supervisão industrial
Tela exemplo Elipse SCADA
Sistemas de supervisão industrial.
• Exercícios:
1) O que quer dizer SCADA?
2) Cite aplicações onde podemos utilizar
sistemas SCADA.
3) Qual é a idéia principal dos sistemas
SCADA?
4) Cite alguns componentes dos sistemas
SCADA.
Sistemas de supervisão industrial.
• Exercícios :
Respostas
1) O que quer dizer SCADA?
SCADA – Supervisory, Control And Data
Acquisition ou em português, Supervisão,
Controle e Aquisição de Dados.
Sistemas de supervisão industrial.
2) Cite aplicações onde podemos utilizar os
sistemas SCADA?
- Centrais hidrelétricas, linhas de
distribuição e transmissão, de acordo com
a necessidade da demanda podem-se
comandar interruptores e monitorar
continuamente os dispositivos.
- Controle de processos de produção de
petróleo,
incluindo
sistemas
de
armazenamento, medições de fluxo e
controle de bombas e motores.
Sistemas de supervisão industrial.
Exemplos - Mineração:
Sistemas de supervisão industrial.
Exemplos – Extração de petróleo:
Sistemas de supervisão industrial.
Exemplos – Monitoração predial/urbana:
Sistemas de supervisão industrial.
Exemplos – Monitoração elétrica/água:
Sistemas de supervisão industrial
Mais exemplos:
• Tubulações de gás;
• Estruturais: Transporte, pontes, engenharia;
• Mecânica: indústria automobilística;
• Eletricidade e instrumentação;
• Projetos de telecomunicações;
• Controle de drenagem e contaminação de
água;
• Etc..
Sistemas de supervisão industrial.
Entre outras aplicações.
Alguns sistemas podem possuir milhares
de variáveis em tempo real sendo
coletadas, bem como milhares de curvas
de registro de tendência e alarmes. Podem
estar conectados à redes da polícia,
bombeiros e serviços de emergência.
Sistemas de supervisão industrial.
• Exercícios - respostas:
3) Qual é a idéia principal dos sistemas
SCADA?
Monitoração e controle em tempo real de
qualquer ponto em qualquer ponto.
4) Cite alguns componentes dos sistemas
SCADA.
Sensores e atuadores, CLP´s, estações
remotas, computadores, aplicativos em
software, etc.
Síntese da Aula:
Nessa aula estudamos:
Introdução;
Histórico;
Vantagens dos sistemas de supervisão
industrial.