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Tabela 1 - Relação das entradas e saídas para o modelo estático do sistema da esteira
Tabela 2 - Relação de entradas e saídas para o modelo estático do motor real
Tabela 3 - Relação de entradas e saídas do modelo estático do motor implementado na FPGA
Sistemas de supervisão ou sistemas supervisórios, como também são conhecidos no ambiente industrial, são sistemas digitais para monitoração e controle de uma planta, onde gerenciam variáveis de um determinado processo. As variáveis monitoradas são atualizadas conforme uma taxa definida pelo desenvolvedor do sistema de supervisão em questão. Essas variáveis também podem ser armazenadas em banco de dados específicos para gerência de históricos e impressão de relatórios de processo (MORAES; CASTRUCCI, 2007).
As variáveis de processo normalmente são coletadas com um CLP e esse por sua vez envia ao software de supervisão para armazenamento (MARCINIAK et al, 2010).
Assim como servidores de dados, sistemas de supervisão permitem acesso local e remoto. Normalmente são desenvolvidos com IHM (Interface Homem Máquina) e a partir dessas, os sistemas SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition), Aquisição de Dados e Controle Supervisório (MARCINIAK et al, 2010).
Além da monitoração de variáveis através de telas desenvolvidas de acordo com o processo e do registro histórico, um sistema supervisório também permite análise de tendências, monitoração de alarmes da planta, monitoração de variáveis por meio de ferramentas gráficas, geração de receitas de produção, entre outros.
a. Modos Operacionais
Um sistema de supervisão é caracterizado por duas fases ou modos, o de desenvolvimento e o de execução.
O modo de desenvolvimento é o ambiente de criação das telas do processo, geração da base de dados para comunicação com o CLP, desenvolvimento dos gráficos de tendências de variáveis de processo, geração das receitas de produção, criação dos sistemas de alarmes e banco de dados para registro histórico (MORAES; CASTRUCCI, 2007).
Já o modo de execução, a aplicação implementada no modo de desenvolvimento é compilada e colocada em funcionamento juntamente com o CLP e outros dispositivos do processo. Toda funcionalidade programada é executada para controle e monitoramento da planta (MORAES; CASTRUCCI, 2007).
b. Modos de Comunicação
Quanto à comunicação dos sistemas de supervisão com o dispositivo de campo, normalmente em um CLP, a mesma pode ser realizada de duas formas: comunicação por consulta ou comunicação por interrupção (MORAES;CASTRUCCI, 2007).
Na comunicação por consulta (polling), como exemplo uma rede serial, a mesma é realizada sob o conceito cliente/servidor, o qual será tratado posteriormente, onde o mestre tem o controle absoluto das comunicações. Ele efetua sequencialmente a leitura dos dados de cada estação remota, que responde a estação central após a recepção de um pedido (MORAES; CASTRUCCI, 2007). Como vantagem essa comunicação tem a simplicidade no processo de aquisição de dados, inexistência de colisões, permite calcular a largura de banda utilizada pelas comunicações e garantir tempos de respostas, facilidade na detecção de falhas de ligação e permite o uso de estações remotas sem processamento.
Como desvantagens, apresentam a incapacidade, por parte de dispositivos remotos, de comunicar situações que requeiram tratamento imediato da estação central. Ainda, o aumento de estações remotas tem impactos negativos no tempo de espera e a comunicação com dispositivos remotos deve obrigatoriamente passar pela estação central.
Já na comunicação por interrupção (report by exception), uma estação remota monitora os valores dos dados de entradas, e somente quando mudanças significativas ocorrem, ou ultrapassam determinados valores, é que inicia a comunicação com a estação central (MORAES; CASTRUCCI, 2007).
Como vantagens nessa comunicação tem-se a diminuição de transferência de informação desnecessária, permite rápida detecção de informação urgente e permite comunicação entre estações remotas, como exemplo comunicação entre escravos.
Como desvantagem, a estação central consegue detectar uma falha após um determinado período de tempo e é necessária a interferência do operador para obtenção de dados atualizados.
As redes industriais proporcionam o tráfego de informações em um processo fabril. Com isso, o gerenciamento do controle de uma planta, através da utilização das mesmas, proporciona diminuição de cabeamento, manutenção de equipamentos industriais, diagnóstico de falhas de dispositivos, gerência do consumo e qualidade de energia, segurança em máquina, entre outros. Além disso, por utilizarem protocolos padronizados, são definidos como sistemas abertos de comunicação, permitindo a integração de equipamentos de vários fabricantes na mesma rede (MORAES; CASTRUCCI, 2007).
Com a Figura 1 é possível ter um panorama geral das redes industriais, e a visualização de onde são aplicadas.
Figura 1 - Pirâmide de automação. Fonte: MORAES; CASTRUCCI (p. 156, 2007).
Ainda na Figura 1 é possível notar a existência de níveis de automação, os quais são divididos entre dispositivos de campo, controladores, supervisão de processo, gerenciamento de planta e gestão corporativa. Para integração dos níveis,
Protocolos
Nível 2: Controle CLP, PC, CNC, SDCD
Nível 1: Dispositivos de campo, sensores e atuadores Sensores digitais e analógicos
Nível 3: Supervisão Workstation, PC, IHM Nível 4: Gerenciamento de planta Workstation Nível 5: Gerenciamento Corporativo Mainframe Fieldbus H1 CAN Profibus DP, PA Hart Asi LonWorks InterBus ControlNet Profibus FMS FieldBus HSE Ethernet MAC TCP/IP Ethernet MAC TCP/IP Administração de recursos da empresa. Neste
nível encontram se os softwares para gestão de vendas e financeira.
Nível responsável pela programação e pelo planejamento da produção, realizando o controle e a logística de suprimentos
Níveis da Pirâmide
Nível onde se encontram os equipamentos que executam o controle automático das atividades da planta.
Nível das máquinas, dos dispositivos e dos componentes da planta.
Permite a supervisão do processo.
Normalmente possui banco de dados com informações relativas ao processo.
protocolos específicos são utilizados, como exemplo o Profibus DP, o Profibus FMS e o Ethernet TCP/IP, proporcionando a troca de informação entre os mesmos.
a. Sistema Centralizado e Distribuído
A crescente utilização de dispositivos de entradas e saídas (sensores e atuadores), e as longas distâncias de instalação entre os equipamentos oneram custos de instalação e manutenção em uma planta industrial. Com isso, arquiteturas de automação utilizando dispositivos remotos em rede conectados aos controladores começaram a ser utilizados. Esses dispositivos foram divididos em duas classes, a de barramento de campo distribuído e os de controle distribuído, com objetivo no melhor gerenciamento nos pontos de entradas e saídas de dados dos sistemas automatizados (MORAES; CASTRUCCI, 2007).
Nas arquiteturas de rede onde os dispositivos de barramento de campo distribuído são utilizados, tem-se somente o controle e monitoramento dos pontos de entradas e saídas por meio de unidades remotas. Os sinais de sensores e atuadores chegam até o dispositivo remoto e esse se comunica com o controlador por meio de um protocolo de rede. No entanto, o programa desenvolvido para a aplicação, assim como todo o processamento da aplicação, são responsabilidades do controlador, ficando esse dispositivo remoto somente com a função de conexão com os pontos de entradas e saídas.
Em contrapartida, o sistema com controle distribuído possui o processamento do sistema dividido entre os diversos controladores que compõe a arquitetura da rede. Nesse caso, cada controlador necessita de um programa para rodar a aplicação.
b. Topologia Física
A topologia está relacionada com a forma com que os dispositivos são