Laboratório de Automação Industrial Professor: Marco Shawn M. … · 2014-03-26 ·...
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Engenharia Elétrica
Laboratório de Automação Industrial
Professor: Marco Shawn M. Machado
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Introdução
Sistemas de
Supervisão
Industrial
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Objetivos da Aula
Definição;
História e introdução à sistemas de
supervisão;
Benefícios;
Aquisição de dados;
Características dos sistemas SCADA.
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Aula nº 1
Introdução
Sistemas de supervisão industrial.
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A melhoria da qualidade de vida, oaumento da produtividade, redução decustos, entre outros são fatores que motivamo desenvolvimento de soluções paramonitoração e controle envolvendo áreascomo informática, robótica, eletro-eletrônica,mecatrônica, etc.
Sistemas de supervisão industrial.
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É um conjunto de ferramentas avançadas,prontas para atender as necessidades degerenciamento de processos, possibilitando acomunicação com qualquer sistema, desdeplantas industriais até automação predial.
Sistemas de supervisão industrial.
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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.
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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.
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• 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).
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Controle baseado em Computadores:
A necessidade de monitorar diversos sinaisdentro dos processos de produção demaneira mais eficiente e rápida, impulsiona ouso de computadores em rede conectados adispositivos, equipamentos e sistemas deinstrumentação e controle.
Sistemas de supervisão industrial.
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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.
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Evolução dos sistemas de
supervisão industrial
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Salas de
controle
UHE Itaipú
(antes):
Sistemas de supervisão industrial.
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Evolução dos
sistemas de
supervisão
industrial
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.
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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.
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Salas de controle
UHE Itaipú:
Sistemas de supervisão industrial.
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• 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.
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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.
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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..
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Os sistemas de instrumentação e controleautomático de processos industriais utilizamcontroladores, registradores, e outrosdispositivos individuais, utilizandomicroprocessadores, ou integrados baseadosem computadores.
Cada aplicação pode requerer um tipoespecífico de combinação de sistemasdigitais dependendo das especificações.
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• Sensores e atuadores;
• Controladores Lógicos Programáveis (CLP);
• Sistemas de controle baseado emcomputadores;
• Sistema de controle distribuidos (DCS);
• Controle Supervisório e de Aquisição deDados (SCADA – Supervisory Control andData Acquisition).
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Controle Supervisório e de Aquisição de Dados(SCADA).
- É um sistema baseado em computadoresque permite supervisionar e controlar àdistância uma instalação de qualquer tipo.
- É possível um sistema SCADA em qualquernível de controle do processo.
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ClienteWeb Browser
ClienteWeb Browser
ClienteWeb Browser
ClienteWeb Browser
TCP/IP Inalámbrico
Modem
Firewall
Internet, Intranet, LAN
Nodo SCADA Nodo SCADACentral de Base
de Datos
Area Local
PLC
PLCMicrocontrolador
Instrumento
Instrumento
IPDispositivo
Activado
por IP
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Funções de um sistema SCADA:
• Receber, armazenar e mostrar informação, de formacontínua e confiável, correspondente à sinalização decampo: estados de dispositivos, medições, alarmes, etc.
• Executar ações de controle iniciadas pelo operador, taiscomo: 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 sistemapara a sua posterior análise.
• Aplicações em geral, baseadas em informações obtidaspelo sistema, tais como: reportes, gráficos de tendência,histórico de variáveis, cálculos, predições, detecção deproblemas, etc.
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• 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.
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• 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.
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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.
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• Desenho com interface amigável (X-
windows);
• 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
Vantagens:
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– Estado remoto(Digital);
– Acumulação de pulsos;
– Estado remoto(Analógicos);
– Seqüência de estados de eventos;
– Seqüências analógicas de eventos.
Sistemas de supervisão industrial
Sistema de monitoração:
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– Interruptor elétrico de controle;
– Despacho de carga;
– Redução de perdas;
– Isolamento de falhas;
– Restauração de serviços.
Sistemas de supervisão industrial
Sistemas de controle:
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– Dados do sistema;
– Armazenamento de estados;
– Análises do sistema;
– Seqüência de eventos e análises;
– Redução de perdas;
– Analises de atividades.
Sistemas de supervisão industrial
Sistemas de administração:
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• 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.
Sistemas de supervisão industrial
Características:
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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.
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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.
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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.
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Controle Supervisório e Aquisição de Dados
(SCADA)
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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.
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• 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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Sistemas de supervisão industrial
Tela exemplo Elipse SCADA
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• 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.
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• Exercícios :
Respostas
1) O que quer dizer SCADA?
SCADA – Supervisory, Control And Data
Acquisition ou em português, Supervisão,
Controle e Aquisição de Dados.
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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.
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Exemplos - Mineração:
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Exemplos – Extração de petróleo:
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Exemplos – Monitoração predial/urbana:
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Sistemas de supervisão industrial.
Exemplos – Monitoração elétrica/água:
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• Tubulações de gás;
• Estruturais: Transporte, pontes, engenha-
ria;
• Mecânica: indústria automobilística;
• Eletricidade e instrumentação;
• Projetos de telecomunicações;
• Controle de drenagem e contaminação de
água;
• Etc..
Sistemas de supervisão industrial
Mais exemplos:
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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.
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• 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.
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Síntese da Aula:
Nessa aula estudamos:
Introdução;
Histórico;
Vantagens dos sistemas de supervisão
industrial.