ENGENHARIA ELÉTRICA Redes Industriais e supervisórios. Sistemas supervisórios Interface Homem/Máquina

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Sistemas supervisórios

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Sistemas Supervisórios:

- permite a supervisão e o comando de determinados pontos da planta automatizada.

IHM:

- somente recebe sinais do CLP e do operador;

- somente envia sinais para o CLP atuar nos equipamentos instalados na planta;

- arquiteturas mais modernas: controlador programável incorporado;

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IHM

O PLC envia estes sinais por meio de TAG’s ou bits para a IHM.

Sistemas Supervisórios

Apresentam vários tipos de tags que servirão a propósitos distintos.

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Softwares para Supervisão

• Programas que permitem a configuração de um Sistema de Supervisão de Processo:

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Integração de Sistemas

Transacional

Tempo Real

Contínuo Seqüencial Discreto Medição Gerência de Produção Tempo Real Transacional Controle Gerência Industrial

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Alarmes

• Chamam a atenção do operador para uma mudança no estado do processo:

– Tipos de alarmes (verde, amarelo ou vermelho); – Intervenção do usuário na ocorrência de alarmes; – Hierarquização dos alarmes

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Planejamento de alarmes

1) sob quais condições os alarmes serão acionados;

2) quais operadores serão notificados por esses alarmes; 3) quais mensagens deverão ser enviadas;

4) quais ações deverão ser tomadas na ocorrência desses alarmes;

5) chamar a atenção do operador sobre uma modificação do estado do processo;

6) sinalizar um objeto antigo;

7) fornecer indicação global sobre o estado do processo.

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SCADA: Definições

Sistemas SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) englobam um conjunto de tecnologias (equipamentos, softwares e padrões) especialmente desenvolvidas para monitorar e controlar processos

Industriais; o conceito de SCADA pode ser estendido a outras áreas como

Laboratórios, Tráfego, Automação Predial etc.

Softwares SCADA típicos oferecem:

- Comunicação com equipamentos (máquinas e sensores) em diferentes protocolos;

- Registro e Relatórios Históricos - Alarmes e Eventos

- Interface Gráfica para Operação de Processos (HMI ou Interface Homem-Máquina)

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Componentes Básicos -

Centro de Operações(CO) com uma Unidade Mestre (UM), que interage com as Unidades Remotas(URs) e uma Interface Homem-Máquina (IHM) baseada em computador.

Uma ou mais Unidades Remotas (URs) que interagem diretamente com os processos.

Sistema de comunicação que permite a troca de informações entre o CO e as URs.

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Servidores OPC – OLE for Processe Control

O Object Linking and Embedding (OLE) para Processos de Controle (OPC) define o padrão para a comunicação de dados de plantas em tempo-real entre dispositivos de controle e interfaces homem máquina (HMIs).

O software NI LabVIEW pode se comunicar com qualquer CLP (Controlador Lógico Programável) de diferentes formas.

Os Servidores OPC estão disponíveis para todos os CLPs e Controladores Programáveis para Automação (PACs).

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Sistemas SCADA

Principais itens de um SCADA

• OPC (OLE for process control): Padrão industrial publicado para interconectividade de um sistema. Seu funcionamento é baseado no OLE (Object Linking Embedding) de componentes orientados a objetos.

Tipos de OPC:

OPC DA – ‘Qual o valor da variável “x” AGORA?’ OPC HDA – ‘Qual o valor da variável “x” ONTEM?’

OPC A&E – ‘ A variável “x” MUDOU!’ – Trata de alarmes e eventos

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Visualizando Tags de CLPs Existentes com o NI OPC Servers

Com o NI OPC Servers você pode criar, configurar e visualizar tags que estão associadas aos seus CLPs.

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selecione Channel_0_User_Defined.Sine. Esta opção seleciona o dispositivo a ser monitorado.

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SCADA “Clássico”: Arquitetura Simplificada

Protocolos I/O HMI Runtime

IDE

SCADA Runtime:

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Protocolos I/O: Arquitetura de Drivers ou Plugins

IDE

HMI

WEB

API ou Middleware ERP

MES

PIMS

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Principais SCADA´s Nacionais

Outros

ActionView ContempView SuperView

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• Permitem uma visualização gráfica com informações do processo por cores e animações;

• Dão ao projetista um ampla gama de comunicação com os mais diversos tipos de marcas e modelos de equipamentos disponíveis no mercado.

Sistemas SCADA

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• Permitem uma visualização gráfica com informações do processo por cores e animações;

• Dão ao projetista um ampla gama de comunicação com os mais diversos tipos de marcas e modelos de equipamentos disponíveis no mercado.

Sistemas SCADA

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Sistemas SCADA

• Sistema cliente/servidor: Utilizado quando é necessário visualizar e controlar o processo industrial em mais de um local da planta industrial, com a mesma confiabilidade e precisão do sistema SCADA local;

• Sistema Web Server: Possibilita o acesso ao sistema via rede de internet, acessando o sistema pelo browser de internet. Apresenta como vantagem um menor investimento para implantação bem como possibilitar a visualização dos dados em dispositivos móveis.

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Sistema SCADA

• Redundância e Confiabilidade: Aplicado a sistemas industriais que não podem parar. Geralmente, a parada de um sistema industrial deste tipo pode ocasionar prejuízos financeiros imensos ou até mesmo risco a vida;

• Banco de dados: Dentre os mais conhecidos estão: SQL Server, Oracle e mySQL. Geralmente o banco de dados encontram-se instalados em máquinas separadas, porém há casos em que a instalação local também é aplicada.

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Sistemas SCADA

• Sinóticos: Telas que possibilitam o monitoramento de um processo industrial;

• Alarmes: Avisam o usuário quando uma variável ou condição do processo está fora dos valores previstos;

• Relatórios: Dependem da imaginação do desenvolvedor e da necessidade do cliente. Usualmente são: Relatórios de Alarmes, Acessos e de Variáveis.

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Sistemas SCADA

• Gráficos Históricos: Possibilita ao usuário avaliar valores de variáveis ao longo do tempo de forma rápida;

• Tipos de Comunicação e Protocolos: Quanto maior a quantidade de drivers de comunicação, mais flexível será o sistema a ser implantado;.

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Relatórios e Gráficos de Tendências

• Acompanhamento dos parâmetros de operação no tempo • Informações do histórico de operação

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Sistemas SCADA

Variáveis

Conhecidas também como TAGs, representam dados lidos de registradores nos equipamentos supervisionados.

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Sistemas SCADA TAGs

• Nomenclatura padronizada das variáveis numéricas ou alfanuméricas do processo;

• Pontos de E/S de dados do processo que está sendo controlado (Temperatura, Vazão, Nível).

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Para espeficação de um Sistema Supervisório deve-se observar os seguintes fatores:

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Requisitos de hardware;

Requisitos de sistema operacional; Requisitos de aplicação;

Driver de comunicação;

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Um Sistema Supervisório é uma Interface amigável (eficiente e ergonômica).

Tem por objetivo a supervisão e muitas vezes o comando de determinados pontos de uma planta automatizada

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Apresentação de dados em tempo real;

Telas gráficas que apresentam o estado atual do processo; Relatórios;

Gráficos de Tendências; Alarmes;

Integração com bancos de dados diversos;

Integração com a Internet e novas tecnologias.

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O supervisório opera em dois modos distintos:

• Modo de desenvolvimento (ambiente onde se criam telas gráficas, animações, programação) e

• Modo runtime (modo onde se mostra a janela animada, criada no modo de desenvolvimento e no qual se dará a operação integrada com o CLP, durante a automação da planta em tempo real).

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Sistemas Supervisórios

Hoje os sistemas de supervisão oferecem três funções básicas:

• Funções de supervisão

Inclui todos as funções de monitoramento do processo tais como:

sinóticos animados (representação gráfica geral da planta), gráficos de tendência de variáveis analógicas e digitais, relatórios em vídeo e impressos, etc.

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Sistemas Supervisórios

• Funções de operação

Atualmente os sistemas supervisórios substituíram com vantagens as funções da mesa de controle.

As funções de operação incluem:

Ligar e desligar equipamentos e sequência de equipamentos, operação de malhas PID, mudança de modo de operação de equipamentos, etc.

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Sistemas Supervisórios

• Funções de controle

• Controle DCC (Controle digital direto) e Controle SDCD (Sistema digital de controle Distribuido).

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Sistemas Supervisórios

Controle DCC (Controle digital direto)

Vantagens:

• Os dispositivos são mantidos juntos em uma única sala;

• Aumento da produtividade, sendo preferidos em aplicações em que alta eficiência de processamento é necessária;

• Grande precisão das ações de controle; • Redução do consumo de energia;

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Sistemas Supervisórios

Controle DCC (Controle digital direto)

Limitações:

• Grande complexidade;

• Alto custo de desenvolvimento, manutenção e engenharia; • Baixa tolerância a falhas.

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Sistemas Supervisórios

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Sistemas Supervisórios

Controle SDCD (Sistema digital de controle Distribuido)

• Uma sala de controle e supervisão global (central) microprocessada em rede com outros controladores de responsabilidade local.

• É adequado a processos com grande número de variáveis contínuas

e concentradas geograficamente.

• Em relação à distribuição das tarefas de controle, este sistema é completamente centralizado. Somente as atuações de baixo nível e as informações dos sensores são distribuídas.

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Sistemas Supervisórios

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Planejamento do Sistema Supervisório

1) Entendimento do processo a ser automatizado; 2) Tomada de dados (variáveis);

3) Planejamento do banco de dados; 4) Planejamento dos alarmes;

5) Planejamento do hierarquia de navegação entre telas(Modelagem);

6) Desenho de telas;

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Alarmes

• Chamam a atenção do operador para uma mudança no estado do processo:

– Tipos de alarmes (verde, amarelo ou vermelho); – Intervenção do usuário na ocorrência de alarmes; – Hierarquização dos alarmes

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Planejamento de alarmes

1) sob quais condições os alarmes serão acionados;

2) quais operadores serão notificados por esses alarmes; 3) quais mensagens deverão ser enviadas;

4) quais ações deverão ser tomadas na ocorrência desses alarmes;

5) chamar a atenção do operador sobre uma modificação do estado do processo;

6) sinalizar um objeto antigo;

7) fornecer indicação global sobre o estado do processo.

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Entrada de Dados e SetPoints

• Permitem mudanças na configuração da planta e definições de valores de operação para disparo de alarmes, entre outros:

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Planejamento de uma hierarquia de navegação entre

telas

O sistema supervisório do processo possui um menu que possibilita a navegação entre telas.

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Internet e novas tecnologias

• Integração com internet

• Integração com dispositivos móveis • Integração com recursos gráficos 3D

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Domínio

1. Inicie o E3 Studio selecionando a opção Criar um Domínio

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Domínio

2. No Assistente de Aplicações, clique em Avançar, selecione a opção Aplicação Padrão e nomeie o projeto como TreinamentoE3.

3. Ajuste o caminho da aplicação para:

C:\TreinamentoE3 e clique em Avançar.

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Domínio

4. Na próxima janela do assistente, selecione a opção Criar um

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Domínio

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Configuração e Comunicação Driver Modbus Elipse Scada

1. Selecionar a CPU do CLP

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Servidor de dados

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Servidor de dados

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Supervisório SCADABR

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ScadaBR

O ScadaBR é um software do tipo SCADA (Supervisory Control and DataAcquisition). Serve para automatizar processos de medição e automação:

- acessar e controlar dispositivos físicos como sensores, chaves, motores e outros tipos de máquinas.

- salvar dados dos sensores continuamente em uma base de dados, visualizar os históricos, e também receber alarmes, controlar o processo por meio de

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ScadaBR

As partes que compõem um Sistema Automatizado com Computador:

1 - Processo a ser Controlado;

2 - Barramentos de Comunicação;

3 - Servidor de Aquisição de Dados e Controle Supervisório (SCADA); 4 - Interface do Usuário ou HMI (Human-Machine Interface)

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Como funciona o ScadaBR?

O ScadaBR deve ser instalado em um computador, que será conhecido também como o "servidor da aplicação" ou "Servidor ScadaBR".

Tanto as telas "HMI" quanto as configurações do ScadaBR serão acessadas através de um navegador de Internet (Internet Explorer, Mozilla Firefox, Chrome etc.).

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O ScadaBR no seu computador

O ScadaBR sempre executa a partir de um software conhecido como "Servidor de Aplicação Java".

O Apache Tomcat é o padrão e já vem no instalador do ScadaBR para Windows.

Usuários mais avançados podem rodar o ScadaBR em outros sistemas operacionais, ou usando outros servidores de aplicação.

A partir do momento que o servidor de aplicação está no ar, ele vira um "endereço na Internet", que você vai utilizar para acessar com o navegador.

O acesso pode ser feito do mesmo computador onde o servidor estiver instalado, ou a partir de outros computadores que estiverem na mesma rede (Intranet).

É até possível utilizar o ScadaBR diretamente na Internet, desde que você tenha a experiência e os recursos de infraestrutura para isto.

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Servlets

Browser Servlet Server

Ser vle t Ser vle t Ser vle t

Máquina Cliente _Máquina

Servidora Solicitação e

parâmetros

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Sua Aplicação no ScadaBR

Em sua aplicação diversos aspectos precisam ser configurados. Os mais importantes são:

1) Datasources e Datapoints -

"fontes" de informações, isto é, a configuração dos equipamentos que irão ser fisicamente controlados.

Um Datasource pode ser um barramento de comunicações, usando um protocolo do tipo ASCII, Modbus, SQL, OPC e assim por diante - dependendo do tipo de equipamento que você vai conectar.

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1) Datasources e Datapoints -

Cada Datasource pode ter múltiplos Datapoints, ou "tags", que são os pontos de medição e controle.

- por exemplo, um controlador de temperatura (Datasource) pode incluir a diversos

datapoints:

Temperatura atual, Set-point (temperatura selecionada), potência de saída, etc.

Você deve consultar o manual de comunicações do seu equipamento, para identificar qual tipo de Datasource será necessário.

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2) Telas ou representações gráficas

Onde você consegue criar seus próprios "painéis de controle", ou interface de usuário para operação do sistema.

As telas podem incluir monitoramento em "tempo-real" dos datapoints, bem como gráficos, botões, diversos componentes HTML etc.

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3) Tratadores de eventos (por exemplo, alarmes de mínimos e máximos):

permite o envio de notificações em situações de alerta, ou tomar ações automaticamente com base em ocorrências no sistema.

4) Relatórios:

são visualizações do histórico do sistema, incluindo gráficos e estatísticas. 5) Scripts:

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Instalação e comece a explorar

O software ScadaBR fica disponível no site do projeto, http://www.scadabr.org.br - procure dentro da seção Downloads.

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Instalação e comece a explorar

No menu iniciar será instalado um ícone "Configuração do Tomcat", onde você pode parar, iniciar o ScadaBR, ou definir que o mesmo inicie automaticamente ao ligar o computador. Em alguns computadores, você deve clicar com o botão direito sobre "Configuração do Tomcat" e então selecionar "Executar como administrador".

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Com o ScadaBR rodando, abra um navegador (nossa recomendação é o Mozilla Firefox) e digite o endereço:

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Primeiro passo: Definição do hardware que será utilizado

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Segundo passo: Elaboração do código que será inserido no Arduino UNO

Incluir as bibliotecas necessárias para que o código a ser inserido no Arduino

UNO funcione adequadamente.

A comunicação entre o Arduino UNO e o ScadaBR será através do protocolo Modbus. (baixar o arquivo SimpleModbusSlaveV10.zip).

Usar da diretiva #define para associarmos a palavra LED ao pino 9 do Arduino

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A função modbus_update_comms() é responsável pela comunicação via Modbus,

A função pinMode() determina o modo de operação (como saída) do pino onde está conectado o led.

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Criação do Data Source e seu(s) respectivo(s) Data Point(s) para aquisição de dados

Primeiramente é necessário fazer com que o SCADABRidentifique o elemento com o qual irá interagir, chamado dentro do programa de Datasource, de modo que para a criação deste é necessário clicar no ícone correspondente presente na barra de ferramentas.

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Estabelecer qual tipo de comunicação existirá entre os 2 elementos. Utilizar o protocolo MODBUS através da comunicação serial: