Curso:
INSTRUMENTISTA DE
SISTEMAS
Disciplina:
Informática Industrial
Profº.: Bruno Guedes - brunofguedes@gmail.com
Marca Instituição
Ensino
HART
O protocolo de comunicação HART é mundialmente reconhecido como um padrão da indústria para comunicação de instrumentos de campo inteligentes 4-20mA, microprocessados.
O protocolo Hart foi introduzido pela Fisher Rosemount em 1980. Hart é um acrônimo de “Highway Addressable Remote Transducer”. Em 1990 o protocolo foi aberto à comunidade e um grupo de usuários foi fundado.
HART – Entendendo alguns termos
Um transdutor, é um dispositivo que transforma um tipo de energia noutro tipo de energia, utilizando para isso um elemento sensor que recebe os dados e os transforma. Por exemplo, o sensor pode traduzir informação não elétrica (velocidade, posição, temperatura, pH) em informação elétrica (corrente, tensão, resistência). Um tipo curioso de transdutor é elaborado a partir de cristais naturais denominados cristais "piezoelétricos". Estes transdutam energia elétrica em energia mecânica na relação de 1:1 (um sinal elétrico para um sinal
mecânico).
O Sinal HART
O Sinal HART (Continuação)
O sinal HART possibilita a comunicação digital em duas vias, o que torna possível a transmissão e recepção de informações adicionais, além da normal que é a variável de processo (PV) em instrumentos de campo inteligentes. O protocolo HART se propaga há uma taxa de 1200 bits por segundo, sem interromper o sinal 4-20mA.
HART - Topologia
A topologia pode ser ponto a ponto ou multiponto. O HART é um protocolo do tipo mestre/escravo, o que significa que um instrumento de campo (escravo) somente “responde” quando “perguntado” por um mestre. Dois mestres (primário e secundário) podem se comunicar com um instrumento escravo em uma rede HART.
HART – Exemplo de ligação da rede
Protocolo HART com dois mestres Protocolo HART com dois mestres
HART – Terminais Portáteis de Configuração
HART – Terminais Portáteis de Configuração
Terminal de calibração multifunção Fluke 744 e calibrador de Terminal de calibração multifunção Fluke 744 e calibrador de
loop de corrente Fluke 707 para instrumentos HART loop de corrente Fluke 707 para instrumentos HART
HART – Modos de Comunicação
O Protocolo HART pode ser usado de diversas maneiras para trocar informações de/para instrumentos de campo inteligentes à controles centrais ou
HART – Modos de Comunicação (Continuação)
Uma modalidade opcional de comunicação é o “burst”, que permite que um único instrumento escravo publique continuamente uma mensagem de resposta padrão HART. Esse modo libera o mestre de ficar repetindo um comando de solicitação para atualizar a informação da variável de processo.
A mesma mensagem de resposta HART (PV – variável de processo ou outra) é continuamente publicada pelo escravo até que o mestre instrua o escravo a fazer outra atividade. A taxa de atualização de dados de 3-4 por segundo é típica no modo de comunicação do tipo “burst” e poderá variar de acordo com o comando escolhido. O modo “burst” só pode ser usado quando existe um único instrumento escravo na rede.
Modo Burst ou Broadcast (publicação) Modo Burst ou Broadcast (publicação)
HART – Modos de Comunicação (Continuação)
HART – Instalação
Do ponto de vista da instalação, a mesma fiação usada para os instrumentos analógicos convencionais de 4-20mA pode carregar os sinais de comunicação digital HART. Os comprimentos de cabos usados podem variar de acordo com o tipo de cabo e dos instrumentos conectados, mas em geral chegam a 3000 metros para um único par trançado blindado e 1500 metros para múltiplos cabos de par trançado com blindagem comum. Cabos sem blindagem podem ser usados para distâncias curtas. Barreiras de segurança intrínseca e isoladores que permitem a passagem de sinais HART são disponíveis para uso em áreas classificadas.
PROFIBUS (Process Field Bus)
O PROFIBUS é um padrão de rede de campo, aberto e independente de fornecedores, onde a interface entre eles permite uma ampla aplicação em processos, manufatura e automação predial. Esse padrão é garantido segundo as normas EN 50170 e EN 50254. Com o PROFIBUS, dispositivos de diferentes fabricantes podem comunicar-se sem a necessidade de qualquer adaptação na interface.
PROFIBUS (Process Field Bus) - Continuação
PROFIBUS oferece diferente protocolos de comunicação (Communication Profile) que de acordo com a aplicação, pode-se utilizar como meio de transmissão (Physical Profile) qualquer um dos seguintes padrões: • RS-485
• IEC 61158-2 • Fibra Ótica.
Atualmente, estão sendo feitos desenvolvimentos para uso de componentes comerciais de 10 e 100 Mbit/s como camada física para PROFIBUS.
Links(gateway) e acopladores são disponíveis para acoplamento entre os vários meios de transmissão. Enquanto o termo Acoplador (Couplers) aplica-se à dispositivos que implementam o protocolo somente no que se refere ao meio físico de transmissão, o termo Link se aplica aos dispositivos inteligentes que oferecem maiores opções na operação entre subredes.
Perfil de Comunicação (Communication Profile)
O perfil de comunicação PROFIBUS define como os dados serão transmitidos serialmente através do meio de comunicação.
PROFIBUS-DP - Periferia Descentralizada (Decentralized Periphery)
O DP é o perfil mais freqüentemente utilizado. Otimizado para alta velocidade e conexão de baixo custo, foi projetado especialmente para a comunicação entre sistemas de controle de automação (controladores centrais, por exemplo: CLP’s/PC’s) e seus dispositivos de campo distribuídos (I/O’s, acionamentos drivers), via um link serial.
PROFIBUS-DP (Continuação)
O controlador central (mestre) lê ciclicamente a informação de entrada dos escravos e escreve também ciclicamente a informação de saída nos escravos. O tempo de ciclo do barramento é geralmente mais curto que o tempo de ciclo do programa do CLP, que em muitas aplicações é em torno de 10 ms.
Além da transmissão cíclica de dados de usuário, PROFIBUS-DP proporciona funções de diagnóstico e configuração. A comunicação de dados é controlada por funções de monitoração tanto no mestre, como no escravo.
PROFIBUS-FMS (Fieldbus Message Specification)
Perfil físico (Physical Profile)
A aplicação de um sistema de comunicação industrial é amplamente influenciada pela escolha do meio de transmissão disponível. Assim sendo, aos requisitos de uso genérico, tais como alta confiabilidade de transmissão, grandes distâncias a serem cobertas e alta velocidade de transmissão, soma-se as exigências específicas da área automação de processos tais como operação em área classificada,
transmissão de dados e alimentação no mesmo meio físico, etc. Partindo-se do princípio de que não é possível atender a todos estes requisitos com um único meio de transmissão, existem atualmente três tipos físicos de comunicação disponíveis no PROFIBUS:
-RS-485para uso universal, em especial em sistemas de automação da manufatura;
-IEC 61158-2para aplicações em sistemas de automação em controle de processo; -Fibra Óticapara aplicações em sistemas que demandam grande imunidade à interferências e grandes distâncias.
Meio de transmissão RS-485
O padrão RS 485 é a tecnologia de transmissão mais freqüentemente
encontrada no PROFIBUS. Sua aplicação inclui todas as áreas nas quais uma alta taxa de transmissão aliada à uma instalação simples e barata são
necessárias. Um par trançado de cobre blindado com um único par condutor é o suficiente neste caso.
A tecnologia de transmissão RS 485 é muito fácil de manusear. O uso de par trançado não requer nenhum conhecimento ou habilidade especial. A topologia por sua vez permite a adição e remoção de estações, bem como uma colocação em funcionamento do tipo passo-a-passo, sem afetar outras estações.
Expansões futuras, portanto, podem ser implementadas sem afetar as estações já em operação.
Meio de transmissão RS-485 - Instalação
Todos os dispositivos são ligados à uma estrutura de tipo barramento linear. Até 32 estações (mestres ou escravos) podem ser conectados à um único
segmento. O barramento é terminado por um terminador ativo do barramento no início e fim de cada segmento. Para assegurar uma operação livre de erros, ambas as terminações do barramento devem estar sempre ativas. No caso em que mais que 32 estações necessitem ser conectadas ou no caso que a distância total entre as estações ultrapasse um determinado limite, devem ser utilizados repetidores para se interconectar diferentes segmentos do barramento.
Características básicas do RS Características básicas do RS--485485
Meio de transmissão RS-485 – Norma NBR IEC 60529
Norma NBR IEC 60529 (Continuação)
Conectores DB9 Conectores DB9
Meio de transmissão RS-485 - Distâncias
O comprimento máximo do cabo depende da velocidade de transmissão.
Distâncias
Meio de transmissão IEC-61158-2
Transmissão síncrona em conformidade à norma IEC 61158-2, com uma taxa de transmissão definida em 31,25 Kbits/s, veio atender aos requisitos das indústrias químicas e petroquímicas. Permite, além de segurança intrínseca, que os dispositivos de campo sejam energizados pelo próprio barramento. Assim, o PROFIBUS pode ser utilizado em áreas classificadas. As opções e limites do PROFIBUS com tecnologia de transmissão IEC 61158-2 para uso em áreas potencialmente explosivas são definidas pelo modelo FISCO (Fieldbus Intrinsically Safe Concept). O modelo FISCO foi desenvolvido pelo instituto alemão PTB - Physikalisch Technische Bundesanstalt (Instituto Tecnológico de Física) e é hoje internacionalmente reconhecida como o modelo básico para barramentos em áreas classificadas.
Meio de transmissão IEC-61158-2 (Continuação)
A transmissão é baseada no seguintes princípios, e é freqüentemente referida como H1:
-cada segmento possui somente uma fonte de energia, a fonte de alimentação; - alimentação não é fornecida ao barramento enquanto uma estação está enviando
- os dispositivos de campo consomem uma corrente básica constante quando em estado de repouso
- os dispositivos de campo agem como consumidores passivos de corrente (sink) - uma terminação passiva de linha é necessária, em ambos fins da linha principal do barramento
Meio de transmissão IEC-61158-2 - Instalação
Na sala de controle normalmente estão localizados o sistema de controle de processo, bem como dispositivos de monitoração e operação interconectados através do padrão RS485. No campo, acopladores (couplers) ou links adaptam os sinais do segmento RS485 aos sinais do segmento IEC 61158-2. Eles também fornecem a corrente para alimentação remota dos dispositivos de campo. A fonte de alimentação limita a corrente e tensão no segmento IEC 61158-2.
Na rede PROFIBUS-PA são possíveis estruturas tanto de árvore como linha, ou uma combinação dos dois. A combinação geralmente otimiza o comprimento do barramento e permite a adaptação de um sistema eventualmente existente. A estrutura em árvore pode ser comparada à técnica clássica de instalação em campo.
Meio de transmissão IEC-61158-2 - Instalação
Meio de transmissão com fibra óptica
Fibra ótica pode ser utilizada pelo PROFIBUS para aplicações em ambientes com alta interferência eletromagnética ou mesmo com o objetivo de aumentar o comprimento máximo com taxas de transmissão elevadas. Vários tipos de fibra estão disponíveis, com diferentes características, tais como, distância
máxima, preço e aplicação. Os segmentos PROFIBUS que utilizam fibra normalmente são em estrela ou em anel. Diversos fabricantes oferecem conectores especiais com conversor integrado de sinais RS 485 para fibra ótica e vice-versa. Isto proporciona um método muito simples de troca entre transmissão RS 485 e fibra ótica dentro de um sistema.
Propriedades das fibras óptica Propriedades das fibras óptica
Perfil de Aplicação (Aplication Profile)
O perfil de Aplicação descreve a interação do protocolo de comunicação com o meio de transmissão que está sendo utilizado, além de definir o comportamento do dispositivo durante a comunicação.
Automação de processo (PA)
O uso do PROFIBUS em dispositivos e aplicações típicas de automação e controle de processos é definido pelo perfil PA. Ele é baseado no perfil de comunicação DP e dependendo do campo de aplicação, os meios de
comunicação: IEC 61158-2, RS-485 ou fibra ótica podem ser usadas. O perfil PA define os parâmetros dos dispositivos e o comportamento de dispositivos típicos, tais como: transmissores de variáveis, posicionadores, etc. independente do fabricante, facilitando assim, a intercambiabilidade do dispositivo e a total independência do fabricante. A descrição das funções e o comportamento dos dispositivos está baseado no internacionalmente reconhecido modelo de Blocos Funcionais (Function Block Model). As definições e opções do perfil de aplicação PA, tornam o PROFIBUS um conveniente substituto para transmissão analógica com 4 a 20 mA ou HART.
PROFIBUS-PA
O PROFIBUS também permite medir e controlar em malha fechada processos industriais através de um único par de cabos, além de efetuar manutenção e conexão/desconexão de dispositivos durante a operação, até mesmo em áreas perigosas. O perfil PROFIBUS-PA foi desenvolvido em cooperação conjunta com os usuários da indústria de processos (NAMUR) e possui os seguintes requisitos especiais para trabalho nestas áreas de aplicação:
•Perfil de aplicação padronizado para automação e controle de processo e intercambiabilidade de dispositivos de campo entre diferentes fabricantes
•Inserção e remoção de estações (dispositivos), mesmo em áreas intrinsecamente seguras, sem influenciar outras estações
•Alimentação dos dispositivos tipo transmissores, executada via o próprio barramento, conforme o padrão IEC 61158-2.
•Possibilidade de uso em áreas potencialmente explosivas com proteções do tipo intrínseca (Eex ia/ib) ou encapsulada (Eex d)
PROFIBUS - Características Básicas
O PROFIBUS especifica as características técnica e funcionais de um sistema de comunicação industrial, através do qual dispositivos digitais podem se
interconectar, desde do nível de campo até o nível de células.
O PROFIBUS é um sistema multi-mestre e permite a operação conjunta de diversos sistemas de automação, engenharia ou visualização, com seus respectivos dispositivos periféricos (por ex. I/O’s).
PROFIBUS - Características Básicas (Continuação)
Os dispositivos escravos são dispositivos remotos (de periferia), tais como módulos de I/O, válvulas, acionamentos de velocidade variável e transdutores ou mesmo os equipamentos em PROFIBUS-PA. Eles não têm direito de acesso ao barramento e só podem enviar mensagens ao mestre ou reconhecer mensagens recebidas quando solicitados.
Os escravos também são chamados estações passivas, já que para executar estas funções de comunicação somente um pequena parte do protocolo se faz necessária, sua implementação é particularmente econômica.
PROFIBUS - Arquitetura do protocolo
PROFIBUS – Arquitetura do Protocolo
PROFIBUS - Protocolo de Acesso ao Meio
Os perfis de comunicação PROFIBUS usam um protocolo uniforme de acesso ao meio. Este protocolo é implementado pela camada 2 do modelo de referência OSI. Isto inclui também a segurança de dados e a manipulação do protocolos de transmissão e mensagens.
No PROFIBUS a camada 2 é chamada Fieldbus Data Link (FDL). O Controle de Acesso ao meio (MAC) especifica o procedimento quando uma estação tem a permissão para transmitir dados. O MAC deve assegurar que uma única estação tem direito de transmitir dados em um determinado momento.
O protocolo do PROFIBUS foi projetado para atender os dois requisitos básicos do Controle de Acesso ao Meio:
PROFIBUS - Protocolo de Acesso ao Meio (Contin.)
•Por outro lado, a transmissão cíclica de dados em tempo real deverá ser implementada tão rápida e simples quanto possível para a comunicação entre um controlador programável complexo e seus próprios dispositivos de I/O’s
(escravos).
Portanto, o protocolo PROFIBUS de acesso ao meio inclui o procedimento de passagem de Token, que é utilizado pelas estações ativas da rede (mestres) para comunicar-se uns com os outros, e o procedimento de mestre-escravo que é usado por estações ativas para se comunicarem com as estações passivas (escravos).
PROFIBUS - Protocolo de Acesso ao Meio (Contin.)
Configuração PROFIBUS com 3 estações ativas (mestres) e 7 estações passivas Configuração PROFIBUS com 3 estações ativas (mestres) e 7 estações passivas
Foundation Fieldbus
A rede Foundation Fieldbus (FF) é uma rede digital cuja padronização levou mais de dez anos para ser concluída. Existem duas redes FF, uma de baixa velocidade concebida para interligação de instrumentos (H1 - 31,25 kbps) e outra de alta velocidade utilizada para integração das demais redes e para a ligação de dispositivos de alta velocidade como CLPs (HSE - 100 Mpbs).
Redes Fieldbus H1 e HSE Redes Fieldbus H1 e HSE
Foundation Fieldbus - H1
A rede H1 possui velocidade de 31,25 kbps e proporciona grandes vantagens para substituir a instrumentação convencional de 4..20mA:
•Redução do cabeamento, painéis, borneiras, fontes de alimentação,
•Conversores e espaço na sala de controle; Alimentação do instrumento pelo mesmo cabo de sinal;
•Opções de segurança intrínseca;
•Grande capacidade de diagnóstico dos instrumentos;
•Capacidade de auto sensing (auto reconhecimento) do instrumento permitindo fácil instalação e download de parâmetros;
Foundation Fieldbus - H1 – Entendendo alguns termos
Borneira – serve para interligar equipamentos, em qualquer tipo de distribuição, possibilitando uma montagem limpa e organizada. Uma alternativa as derivações em fios ou emendas que precisem ser soldadas e isoladas com fita isolante.
Borneira de Interligação
Borneira de Interligação -- 16 pontos16 pontos
Foundation Fieldbus - H1 (Continuação)
A rede Foundation Fieldbus H1 tem como principais concorrentes as redes Profibus-PA e o protocolo HART.
Foundation Fieldbus - H1 (Continuação)
A outra revolução da rede FF foi permitir a migração das estratégias de controle do controlador, antes representado por uma remota ou CLP para o elemento de campo, representados pelos transmissores de temperatura, pressão, etc. e pelos atuadores em sua maior parte válvulas de controle. Isto irá permitir que dois ou mais instrumentos estabeleçam malhas de controle, que uma vez configuradas remotamente irão operar de forma completamente independente do controlador externo. Estas estratégias de controle constituem os chamados blocos de controle.
Os blocos mais conhecidos são os de Analog Input (AI), Analog Output (AO), Controlador PID (PID), Digital Input (DI) e Digital Output (DO).
Foundation Fieldbus - H1 (Continuação)
Outra vantagem da rede FF é a redução de equipamentos necessários para instalar os instrumentos em uma área classificada.
Foundation Fieldbus - H1 – Arquitetura do Sistema
Foundation Fieldbus - H1 e o modelo OSI
FF - H1 – Camada de aplicação e blocos
FF - H1 – Blocos de Transdutor
Os blocos de transdutor servem para desacoplar os blocos de função das funções de interface com o sensor de campo. Eles podem executar a uma freqüência superior à dos blocos de função. Apesar de visíveis eles não podem ser linkados via ferramenta de configuração. Estes blocos não podem ser escalonados pelo sistema de gerenciamento.
FF - H1 – Blocos de Recurso
Os blocos de recurso descrevem as características físicas do dispositivo. Eles contem configurações gerais para o FVD. Eles também são visíveis
FF - H1 – Blocos de Função
Os blocos de função determinam o comportamento do sistema. As entradas e saídas dos blocos de função podem ser interligadas para configurar uma estratégia de controle. A execução de cada bloco de função pode ser precisamente escalonada pelo sistema.
Os dez principais blocos de função são:
FF - H1 – Blocos de Função (Continuação)
Transmissores simples de temperatura, pressão, etc., possuem um único bloco AI. Uma válvula de controle pode conter um bloco PID além do bloco AO.
FF - H1 – Camada Física
Tanto a FF-H1 como a rede Profibus-PA têm sua camada física padronizada pela norma IEC 61158-2. Os sinais H1 são codificados utilizando codificação
Manchester Bifase-L. Trata-se de uma comunicação síncrona que envia os sinais de dados combinados com o relógio.
FF - H1 – Regras Básicas para Validação
• A rede é formada por uma linha troco com stubs ou spurs (ramos). A linha tronco deve ser terminada por um terminador passivo.
• O comprimento máximo da linha tronco e da soma de todos os stubs é de 1900m.
• O número de instrumentos na rede pode ser: 2 a 32 instrumentos numa conexão não intrinsecamente segura com fonte de alimentação separada do sinal de alimentação. 1 a 12 instrumentos quando a aplicação não requer SI e os instrumentos são alimentados pelo cabo de sinal. 2 a 6 instrumentos para aplicações de SI quando os instrumentos recebem a sua alimentação diretamente do cabo de comunicação.
FF - H1 – Regras Básicas para Validação (Continuação)
• A distância máxima entre dois instrumentos quaisquer não deve exceder 9500m.
• O cabo fieldbus é polarizado. Inverter a polarização pode causar danos a todos os instrumentos conectados à rede. Alguns fornecedores garantem instrumentos livres de polarização.
O comprimento dos spurs devem ser calculados obedecendo aos dados da tabela abaixo:
FF - H1 – Elementos de rede
Os principais elementos na rede Foudation Fieldbus são:
•A fonte de alimentação
•O módulo condicionador de potência
•O terminador de barramento
FF - H1 – Elementos de rede (Fonte de Alimentação)
A fonte de alimentação é um equipamento de segurança não-intrínsica com uma entrada AC universal e uma saída de 24Vdc, isolada, com proteção contra sobrecorrente e curto-circuito, ripple e indicação de falha, apropriada para alimentar os elementos do Fieldbus. Exemplo: Fonte DF52 da Smar.
Fonte DF52 da Smar Fonte DF52 da Smar
FF - H1 – Módulo Condiciondor de Potência
O módulo condicionador de potência é um equipamento de controle de impedância ativo, não-isolado, de acordo com o padrão IEC 61158-2. Este equipamento apresenta uma impedância de saída que, em paralelo com os dois terminadores de barramento ( um resistor de 100 ohms em série com um capacitor de 1 F) atendendo ao padrão, resulta em uma impedância de linha puramente resistiva para uma ampla faixa de freqüência. Exemplos: os módulos DF49 (dois canais) e módulo DF53 (quatro canais) da Smar. Estes módulos não podem ser utilizados em áreas que exigem especificações de segurança intrínseca.
FF - H1 – O terminador de barramento
O terminador de barramento é um elemento passivo formado por um resistor de 100ohms em série com um capacitor de 1 F acondicionado em um invólucro vedado.
Sistemas Supervisórios
Os sistemas supervisórios permitem que sejam monitoradas e rastreadas informações de um processo produtivo ou instalação física. Tais informações são coletadas através de equipamentos de aquisição de dados e, em seguida, manipulados, analisados, armazenados e, posteriormente, apresentados ao usuário. Estes sistemas também são chamados de SCADA (Supervisory Control and Data Aquisition).
Atualmente os sistemas de supervisão são considerados interfaces homem-máquina (interface entre o operador e o sistema) que fornecem informações qualificadas ao operador. As informações de alarme e de monitoramento dos processos que antes eram vistas em grandes painéis, hoje são mostradas de forma mais sofisticada na tela de um computador.
Sistemas Supervisórios (Continuação)
Exemplo de Supervisão de Sistema
O que é extrusão?
A extrusão é um processo de produção de componentes mecânicos de forma semi-contínua onde o material é forçado através de uma matriz adquirindo assim a forma pré determinada pelo projetista da peça.
Os produtos resultantes do processo de extrusão em geral são quadros de janelas e portas, trilhos para portas deslizantes, tubos de várias seções transversais e formas arquitetônicas. Produtos extrudados podem ser cortados nos tamanhos desejados para gerarem peças, como maçanetas, trancas e engrenagens.
Sistemas Supervisórios – Funções Básicas
Um sistema de supervisão pode ser caracterizado por duas funções básicas:
• Asupervisão;
•e a operação.
A supervisão é o monitoramento do sistema, na supervisão as informações obtidas da planta são disponibilizadas na tela do computador. Tais informações refletem os valores de variáveis analógicas e digitais e os eventos de
acionamento que possam ocorrer. Para esta função de supervisão são utilizadas ferramentas gráficas que mostram de forma visual os acontecimentos no processo.
Sistemas Supervisórios – Funções Básicas (Contin.)
A operação é uma função da supervisão que substitui os painéis de acionamento e as mesas de controle. A função de operação do supervisório é quem permite, por meio de telas gráficas, que o operador atue no sistema ligando e desligando equipamentos e alterando parâmetros nas malhas de controle. Permite também atuar na malhas de controle alterando valores de set-point e de parâmetros do controlador.
Elementos de um sistema de supervisão
A seguir são descritos alguns dos elementos de um sistema de supervisão, dentre estes elementos estão:
• As variáveis envolvidas,
• A programação em um sistema de supervisão,
• Os Relatórios de um sistema de supervisão,
• A comunicação com outros aplicativos,
• A comunicação com equipamentos de campo.
Elementos de um sist. de supervisão - Variáveis
As variáveis envolvidas em um sistema de supervisão podem ser basicamente divididas em analógica e discreta. Quando se está programando estas variáveis, para ambos os tipos, alguns atributos devem ser definidos, entre os quais estão:
• O TAG da variável, que é o nome pelo qual a variável é identificada;
• A descrição da variável, para que função se destina a variável: acionamento de um motor, informação a respeito da temperatura de alguma parte do processo;
Variáveis (Continuação)
Quando se trata de uma variável discreta, os valores que podem ser assumidos são apenas os níveis lógico 0 (zero) ou 1 (um), e neste caso outros atributos podem ser importantes, por exemplo como a descrição do estado da variável (0 ou 1, aberto ou fechado, ligado ou desligado, etc).
Quando se trata de uma variável analógica pode ser assumido qualquer valor dentro de uma faixa de operação, esta informação em geral é digitalizada por um converso analógico-digital na unidade inteligente.
Atributos que podem ser significativos para este tipo de elemento do supervisórios são: a unidade da variável (metros, l/h, m3/h, oC, psi, bar,
mmH2O, "Hg, etc), e os limites de operação (faixa superior e inferior da variável).
Elementos de um sist. de supervisão - Programação
Os sistemas de supervisão possuem funções que permitem o desenvolvimento de programas, também no software de supervisão. Permite a criação de programas que são associadas à ocorrência de algum tipo de evento, por exemplo, o acionamento de uma tecla especial, a variação de um dado no processo, o atendimento a uma condição especial, entre outros.
Elementos de um sist. de supervisão - Relatórios
Os sistemas de supervisão possuem a capacidade de executar a geração de relatórios. Criam relatórios em diferentes formatos registrando os dados referentes ao processo.
Estes relatórios são baseados no histórico dos valores das variáveis que estão sendo monitoradas e podem ser arquivados ou impressos. Demonstram em quanto foi a produção da planta e quanto consumiu para tal produção, também fazem o monitoramento da planta relatando quando o equipamento parou por quanto tempo ficou parado, etc.
Deve ser definido quais são as variáveis presentes no relatório.
Elem. de um sist. de sup. – Comunicação com Aplicativos
Elem. de um sist. de sup. – Comunicação com Equipamentos
Cada software de supervisão oferece diversos drivers de comunicação para os variados tipos de unidades inteligentes (CLP´s, placas controladoras). Estes drivers têm uma configuração específica que deve ser implementada para que a comunicação entre software de supervisão e unidades inteligentes funcione e permita que o processo seja monitorado e controlado corretamente.
Dentre as implementações que devem ser realizadas estão também o correto endereçamento das variáveis envolvidas: variáveis de campo discretas e analógicas, variáveis internas de controle, etc. A comunicação entre o software de supervisão e os equipamentos de campo pode ocorrer também por meio da tecnologia OPC (OLE for Process Control) que se trata de uma comunicação padrão entre os equipamentos e o software. Deste modo permita-se a
comunicação entre o software e as unidades inteligentes (transmissores, etc) por meio de: drivers de servidor OPC (para as unidades inteligentes) e de drivers de cliente OPC (para o software).
Sistemas de Supervisão - O que é na prática?
De forma genérica, um sistema de supervisão é um tipo software que permite monitorar e controlar partes ou todo um processo industrial.
Imagine um AutoCAD, você instala um programa e através deste programa você pode criar seus projetos de peças mecânicas, desenhar diagramas elétricos, etc. Terminado o projeto, você pode imprimi-lo.
Um Sistema de Supervisão, a grosso modo, trabalha de forma análoga. Você instala um programa e desenvolve seu projeto através deste programa. Finalizado o projeto, ao invés de imprimir, (como no AutoCAD) seu projeto é executado no computador.
Telas de Sinóticos
As telas de sinóticos são desenhos gráficos que representam o processo a ser controlado podendo assumir o formato de um desenho, fluxograma, foto digitalizada ou imagem em tempo real. Os sinóticos podem receber
características adicionais que possibilitem um melhor atendimento dos mesmos, tais como: janelas para ligar e desligar dispositivos, faceplate de controlador, etc
Telas de Sinóticos (Continuação)
Sinóticos - Continuação
No slide anterior, é mostrado como é feita a confecção de uma tela no Studio.
1 – Função para desenhar polígonos na tela;
2 – Função para iniciar o Viewer, afim de visualizar e testar a tela que está sendo desenhada;
3 – Funções que permitem adicionar botões, check Box, Labels, Caixas suspensas, etc;
4 – Funções de edição similares ao do Microsoft Word;
5 – Galeria com objetos prontos, tais como: tanques, bombas, tubulação, etc;
6 – Janela de propriedades de cada objeto adicionado na tela;
7 – Alternância entre o modo de desenho da tela e modo de customização de scripts.
Sinóticos - Continuação
Na figura abaixo, é mostrado como é uma tela de sinótico em “run time”, ou seja, sendo executada pelo Viewer.
1
1 –– Visualização das Visualização das variáveis do processo variáveis do processo industrial.
industrial.
2
2 –– Sumário de alarmes.Sumário de alarmes.
3
3 –– Representação Representação gráfica do nível do gráfica do nível do tanque.
tanque.
4
Exemplos de Sinóticos
Os sinóticos desenvolvidos nos sistemas de supervisão são a substituição aos painéis sinóticos tradicionais, na tela do computador, fazendo o uso de animações gráficas, a planta é representada dinamicamente. Cada sinótico representa uma área de processos e quando o processo é muito complexo pode se fazer o uso de sub-sinóticos, ou sinóticos de hierarquia inferior para
representar a planta como um todo.
No sinótico apresentado no próximo slide, podem ser observados os objetos gráficos referentes à parte física da planta e os objetos textuais referentes à parte de controle.
Sinótico de Planta (Continuação)
Para representar a parte física da planta fazem parte do sinótico os objetos gráficos que representam os tanques, o reservatório, as válvulas, as bombas, os transmissores, a conexão hidráulica.
Para representar a parte de controle observam-se caixas de texto onde estão os valores das variáveis e os parâmetros de controle. Por meio do sinótico desta planta é possível observar dinamicamente os eventos do processo e ainda trocar parâmetros dos controles, conseguindo o operador desta forma fazer o
monitoramento e a operação do processo.
Sinótico de Planta (Continuação)
Sinótico de Planta (Continuação)
A Figura do próximo slide mostra o sinótico da planta que faz o processo de extrusão. Pode ser observado no lado direito da tela o objeto de animação gráfica que representa a própria extrusora. Como um dos objetivos da
supervisão é informar a respeito do processo, nota-se o rigor com o efeito visual da animação, onde todos os componentes são representados em detalhes, até mesmo com as respectivas simbologias.
Sinótico da Extrusora (Continuação)
Outros componentes que devem ser observados na tela são os gráficos ou telas de tendência que mostram os valores das variáveis de processo e também de valores referentes ao controle da planta. Podem ser observados ainda botões de acionamento no canto esquerdo e na parte inferior da tela, que mostram a interação que o operador tem com o processo e que compete ao sistema de supervisão proporcionar. Ainda pode ser observada uma janela na parte inferior da tela, trata-se de uma tela de alarmes, que mostra a existência de alguma situação de alerta que ocorreu no processo, por exemplo, como uma variação indesejada de uma variável de processo.
Tipos de telas
Uma classificação importante a respeito das informações apresentadas pelo sistema de supervisão se refere aos tipos de telas.
Dentre elas podem ser destacadas:
• Telas de visão geral;
• Telas de malhas individuais;
• Telas de registro;
Tipos de telas - Telas de visão geral
São telas onde pode ser observado um número elevado de malhas de controle, em alguns sistemas o número de malhas de controle representadas na tela pode chegar a ordem de centenas. Para cada representação de malha de controle presente na tela existe um mínimo de informação a respeito do controle. Este tipo de tela apresenta a possibilidade de navegação para que se consiga operar em sub-níveis, em cada um destes sub-níveis aparece um grupo de
equipamentos executando o controle de um determinado processo, semelhante a um painel.
Tipos de telas - Telas de Malhas Individuais
Tipos de telas - Telas de Registro
Executa o registro de uma determinada variável, seja variável de processo ou variável interna do controle.
Existem dois tipos de telas de registro:
• Registro em tempo real
• Registro histórico
As telas de registro em tempo realtêm uma abrangência de tempo de segundos ou algumas horas fazendo a aquisição dos valores e um curto espaço de tempo. Enquanto que as telas de registro históricotêm uma abrangência de tempo maior que pode chegar a uma semana e aquisição dos valores é feita em intervalos maiores de tempo.
Tipos de telas - Telas de Registro (Continuação)
Tipos de telas - Telas de Alarmes
Neste tipo de tela aparecem, geralmente em forma de listas, linhas com as informações de data e hora da ocorrência do alarme ou data e hora do momento em que findou a condição de alarme, ainda aparecem nestas listas quais são as variáveis que foram alarmadas.
