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Action₀NET
Lean Automation
Versão 2014.2.47
Apresentação da Metodologia
00120.01
00090.1 i
Sumário
1. INTRODUÇÃO ... 2
2. PROTAGONISTAS DO PROCESSO DESCRITO ... 3
3. METODOLOGIA DE AUTOMAÇÃO... 4
3.1 Atividades dos Protagonistas ... 4
3.2 Processo a ser usado no Lean Automation... 5
3.3 Parametrização de um vão-tipo ... 7
3.3.1 Parametrização do modelo (template) associado ao vão ... 7
3.3.2 Instanciamento de um Modelo (template) ... 10
3.3.3 Teste de um Modelo (template) ... 11
3.3.4 Produção da biblioteca de símbolos do modelo ... 13
3.4 Bibliotecas com a Cultura da Concessionária ... 19
4. PARAMETRIZAÇÃO DE APLICAÇÕES... 20
5. TESTE EM AMBIENTE DE FÁBRICA ... 21
6. TESTE NO CAMPO (TAC) ... 22
7. OUTRAS ATIVIDADES COM GANHO DE PRODUTIVIDADE ... 23
8. CRIAÇÃO DE NOVOS MODELOS E BIBLIOTECAS DE SÍMBOLOS ... 24
9. CRIAÇÃO DE BIBLIOTECAS DE EQUIPAMENTOS ... 25
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1. Introdução
Lean Automation é uma metodologia criada pela Spin com objetivo de parametrizar, testar e implantar uma aplicação SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) em um tempo muito reduzido, com alta qualidade e baixo custo.
Ela é fundamentada em três pilares que são:
(1) Conhecimento de software tipo SCADA: a Spin conhece muito bem os requisitos e funcionalidades de um software tipo SCADA, sendo o Action₀NET o quarto SCADA desenvolvido pelos sócios da empresa.
(2) Conhecimento do processo de automação de sistemas elétricos: a Spin por meio de seus sócios, participa da automação de sistemas elétricos de geração, transmissão e distribuição desde antes de sua fundação, em 1992, já tendo automatizado centenas de subestações, dezenas de usinas e centros de controle de concessionárias de geração, transmissão e distribuição, assim como produtores independentes.
(3) Incansável busca de soluções inovadoras no mercado que atua: os fundadores da Spin desenvolveram os dois primeiros SCADA, na década de 80, para a automação de papel e celulose e de sistema de propulsão e avarias de corvetas da Marinha. Na sequência, desenvolveram o primeiro EMS/SCADA do Brasil orientado à área elétrica (ActionView), com foco na distribuição de energia. O Action₀NET é o primeiro SCADA totalmente em DotNET usado na área de energia.
A construção da metodologia, a partir destes três pilares, utilizará funcionalidades específicas do software Action₀NET que, unidas a uma metodologia de trabalho, permitirá a construção de bibliotecas de objetos elétricos 100% testados, com características funcionais que respeitam a cultura dos clientes: concessionárias de energia, produtores independentes e grandes indústrias. Uma vez criadas algumas bibliotecas, novas bibliotecas podem ser criadas muito rapidamente, a partir das existentes, moldando soluções às culturas dos diferentes clientes.
As bibliotecas com a cultura de diferentes clientes (GTD – geração, transmissão e distribuição) são utilizadas junto com uma metodologia que permite a geração e implantação de soluções de automação elétrica a um custo menor, em menos tempo e com mais qualidade. Esta metodologia implica na interferência no processo de parametrização de equipamentos, como relés de proteção, já que também organiza este processo visando padronizar funções, testá-las e multiplicá-las reduzindo custos e melhorando a qualidade.
A metodologia foi desenvolvida considerando sua aplicação na área elétrica, porém, seu uso se estende a diversos outros processos de automação utilizando software SCADA, como automação predial, saneamento, industrial, etc.
Aqui se apresentam os princípios que norteiam a metodologia, sendo que, no detalhamento mais técnico, faz-se referências ao manual online e a filmes disponíveis no site da Spin e no YouTube: [1] Site: http://spinengenharia.com.br/
[2] Manual Online: http://spinengenharia.com.br/help/an-2014/ActionNETUG/ActionNETUGCover/ActionNETUGCover.htm
[3] YouTube: https://www.youtube.com/playlist?list=PLWqJoVK0CU9pbpPZSTp58l8gGKiTj3cnA
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2. Protagonistas do Processo Descrito
Para entender os ganhos com a metodologia, inicialmente, é necessário conhecer os protagonistas envolvidos no processo de automação. São eles que terão tempo de implantação e os custos reduzidos, assim como o aumento da qualidade da solução.
Existem, basicamente, três protagonistas do processo de automação que serão beneficiados com a metodologia:
(1) Cliente/Usuário: responsável pelo empreendimento, que pode ser uma ou um conjunto de usinas, parques eólicos, subestações, etc. Na exemplificação, será considerada uma subestação de distribuição.
(2) Fornecedor dos cubículos com todos os relés, equipamentos de telecomunicação e serviços correlatos: é a empresa responsável pelo fornecimento de todos os painéis de proteção e controle. Esta empresa fará o projeto de proteção, comando e controle, montará os cubículos com todos os equipamentos, parametrizará estes equipamentos e os testará em fábrica, individualmente, e depois, integrados ao SCADA. Após a aceitação em fábrica transportará, instalará, comissionará seus equipamentos integrados com o SCADA no local definitivo e dará o treinamento dos equipamentos do seu escopo.
(3) Integrador do SCADA: será responsável pelo fornecimento do software SCADA e serviços de configuração; teste em ambiente de laboratório; integração com os cubículos, teste em ambiente de fábrica e comissionamento junto com o fornecedor dos cubículos; fará o treinamento de operação e manutenção; e fornecerá o manual de operação e manutenção do sistema.
Em função do fornecimento, uma mesma empresa poderá desempenhar os papéis (2) e (3). A figura a seguir resume as etapas de que cada protagonista participa.
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3. Metodologia de Automação
3.1 Atividades dos Protagonistas
Conforme apresentado na figura acima, a metodologia de automação de um processo elétrico, de uma forma geral, pode ser dividida nas seguintes etapas:
a) Especificação Funcional (workstatement): nesta etapa os fornecedores da solução e o Cliente (todos os protagonistas) fazem o detalhamento do fornecimento definindo todo o software, hardware, equipamentos, painéis e serviços inclusos, assim como as funcionalidades da solução e os quantitativos que definem o escopo dos serviços. Esses quantitativos são, por exemplo, o total de equipamentos controlados, os pontos monitorados/comandados em cada equipamento, o número de telas que serão construídas, seu conteúdo e funcionalidades, o total de relatórios que serão disponibilizados com o conteúdo funcional de cada relatório. Com todo o fornecimento detalhado, bem como o serviço necessário quantificado, a especificação funcional deve contemplar um cronograma físico financeiro de implantação da solução e um protocolo de comunicação formal entre as partes envolvidas, com a definição dos responsáveis das empresas por este protocolo.
b) Parametrização da aplicação em ambiente de laboratório: o Integrador do SCADA, tendo como base a especificação funcional, deve parametrizar a aplicação criando a lista de pontos monitorados/comandados, organizada de acordo com a cultura do cliente, as telas e relatórios definidos, assim como as funcionalidades do conjunto.
c) Teste em ambiente de laboratório: o Integrador do SCADA faz o teste do software parametrizado, em suas instalações, simulando o campo.
d) Projeto dos cubículos, montagem, parametrização e pré-teste, em ambiente de fábrica: o fornecedor dos cubículos faz o projeto dos painéis com todos os equipamentos escopo de seu fornecimento, monta os painéis, parametriza as proteções – e demais equipamentos inteligentes – e faz um pré-teste de todo o conjunto, em ambiente de fábrica.
e) Teste em ambiente de fábrica (TAF): os três protagonistas do processo de automação fazem um teste de todos os painéis e software em ambiente de fábrica. Após a aprovação deste teste, os painéis são transportados para o campo, para serem instalados em seu ambiente definitivo. O objetivo dos testes de fábrica é validar os projetos dos painéis elétricos montados para atender ao sistema, assim como validar junto ao CLIENTE o sistema desenvolvido. Para tal, no teste de fábrica, todos os painéis elétricos deverão estar prontos, montados e com sua fiação completa até as réguas de borne que deverão interligar esses painéis aos equipamentos de campo. Nesses testes, serão verificados:
Se os relés e demais dispositivos inteligentes estão parametrizados adequadamente; Se os endereços lógicos e físicos do SCADA estão de acordo com os endereços
parametrizados nos relés e demais dispositivos inteligentes;
Se a configuração das variáveis na base de dados, com seus parâmetros de alarmes e eventos está em conformidade com a especificação funcional e se o CLIENTE as aprova; Se as telas de processo e de medidas estão em conformidade com a especificação
funcional e se o CLIENTE as aprova;
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f) Instalação da solução (TAC): os fornecedores da solução são responsáveis pela instalação de todos os painéis e computadores no campo, em seu ambiente definitivo.
g) Teste no campo (comissionamento): como pré-requisitos para a execução desta atividade, os painéis elétricos deverão estar montados nos locais definitivos e com toda a fiação de externa conectada e testada, relés e demais equipamentos devem estar instalados com todo o cabeamento já conectado e testado. Para a verificação da sinalização remota das funções de proteção, deverá estar disponível em campo caixa de aferição digital de modo a provocar a atuação das proteções.
h) Treinamento: cada fornecedor faz o treinamento definido em seu escopo para o cliente. i) Documentação como construído (as built): após o comissionamento, a documentação do
projeto é revisada para refletir, exatamente, o projeto implantado e aceito.
3.2 Processo a ser usado no Lean Automation
A Spin desenvolveu esta metodologia a partir do seu conhecimento do processo de automação de sistemas elétricos e de sua expertise em desenvolvimento de software SCADA para automatizar este processo. A metodologia é fortemente integrada às funcionalidades disponíveis no SCADA desenvolvido pela Spin, o Action₀NET.
No que diz respeito ao processo elétrico, como já mencionado anteriormente, vamos usar como exemplo uma subestação de distribuição, mas a metodologia exemplificada se aplica igualmente à automação de usinas hidrelétricas, parques eólicos, subestações de transmissão, etc.
Concessionárias de distribuição de energia possuem dezenas de subestações com determinadas classes de tensão (138 kV, 69 kV, 38 kV, 13.8 kV). Estas subestações possuem diferentes arranjos que variam em função do seu objetivo, confiabilidade, custo, área disponível e com a cultura da empresa. Cada subestação, em função do arranjo usado no projeto, é composta por um conjunto de vãos-tipo. Exemplos de vão-tipo são:
a) Vão de Linha: conecta esta subestação a outras subestações; b) Vão de transformador: troca o nível de tensão da subestação;
c) Vão de bancos de capacitor: mantém o fator de potência o mais próximo possível de 1; d) Vão de alimentador: alimentar cargas, como consumidores residenciais, comerciais e
industriais;
e) Barras: utilizadas quando existem ou várias entradas, ou vários alimentadores, para aumentar a confiabilidade e disponibilidade da subestação;
f) Vão de serviço auxiliar CC; g) Vão de serviço auxiliar CA; h) Etc.
Em uma concessionária de distribuição, teremos dezenas ou centenas de subestações, mas poucas dezenas de vãos tipo, que é a unidade a ser padronizada.
A metodologia se subdivide, basicamente, em duas etapas:
1º) Criar e testar uma aplicação de distribuição padrão, que no caso tem menos de uma dezena de vãos-tipo, usando uma família de relés. O resultado desta primeira etapa será:
a. SCADA com modelos (templates) de cada vão-tipo prontos e testados;
b. Biblioteca de símbolos do SCADA e relatórios associados a cada vão pronta e testada;
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c. Relatórios padronizados de aplicações elétricas, gerados automaticamente pelo SCADA:
Alarmes Correntes; Eventos do dia; Eventos históricos; Medidas históricas;
Tendência em tempo real e histórica; Log de operação.
d. Programas, dos relés associados a cada vão-tipo, testados.
2º) Uma vez criada esta aplicação padrão, usando a aplicação default e a funcionalidade “Deploy” do SCADA, é possível criar uma subestação de distribuição em poucas horas, com baixíssima possibilidade de erro, alta qualidade e confiabilidade.
(1) Aplicação default: quando o usuário cria uma nova aplicação a partir da aplicação default, esta já vem com um conjunto de tags, telas, alarmes, etc. pré-prontos. Estas informações são designadas “Aplicação Default” e permitem que o usuário às utilize para mais rapidamente gerar a sua aplicação. Para mais detalhes, acesse o manual online – Aplicação Default [5]:
http://spinengenharia.com.br/help/an-2014/ActionNETUG/DAppDefaultEnterprise/DAppDefaultEnterprise.htm?rhsearch=projeto%20default&rhsyns=%20
(2) Para mais detalhes do Deploy [6], assista ao vídeo:
https://www.youtube.com/watch?v=3c5nlulR63Q&list=PLWqJoVK0CU9pbpPZSTp58l8gGKiTj3cnA&index=12.
Abaixo são apresentados os passos para criar uma aplicação padrão usando uma família de relés: a) Criação no SCADA de modelos de vão-tipo com caracterização de todas suas funcionalidades; b) Parametrização de relés de vão-tipo, com endereços fixados e associados aos pontos de
entrada e saída do vão-tipo do SCADA;
c) “Explosão”, no SCADA, deste um vão-tipo gerando uma base de dados;
d) Teste no SCADA (não conectado ao relé) de todas as funcionalidades deste vão-tipo; e) Conexão do relé programado ao SCADA com um vão-tipo;
f) Teste exaustivo deste vão-tipo;
g) Criação de biblioteca de símbolos que compõe o vão-tipo; h) Teste exaustivo desta biblioteca;
i) Associação de modelo e sub-modelo (template) de vão tipo a símbolos que representam este modelo/sub-modelo;
j) Teste de todas as funcionalidades do conjunto representado (SCADA & relé do vão-tipo): a. Alarmes associados ao vão-tipo;
b. Eventos associados ao vão-tipo;
c. Registro das ações do operador sobre este vão-tipo; d. Animação dos símbolos associados a um vão-tipo.
k) Findos os testes, o modelo (template) do vão, as bibliotecas com os símbolos usados neste modelo e o programa de parametrização do relé são salvos.
l) Para cada vão-tipo, o processo é repetido, só que os procedimentos, ao final do primeiro modelo, serão bem mais simples, pois vários pontos e símbolos de um vão são repetidos em outros, como exemplificado abaixo:
a. Várias proteções de um vão de alimentador são idênticas às de outros tipos de vãos; b. Vários símbolos de um vão de alimentador são idênticos aos usados em outros vãos
(seccionador, transformador, bandeirolas de impedimento, etc.);
c. Várias medidas analógicas de diferentes vãos têm o mesmo tratamento para alarmes, eventos e representação na tela.
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Uma vez criados os vãos-tipo, com uma família de relés usados por uma concessionária, a parametrização da aplicação, teste em laboratório, teste em fábrica e comissionamento terão seus prazos drasticamente reduzidos, com proporcional redução de custos e com a minimização de erros, garantindo a qualidade do processo como um todo. Além disso, a mão-de-obra para gerar esta aplicação pode ter menos experiência no uso de software tipo SCADA.
A partir desta aplicação, a criação de novas aplicações é bastante facilitada.
3.3 Parametrização de um vão-tipo
3.3.1 Parametrização do modelo (template) associado ao vão
Usando o exemplo específico de uma subestação de distribuição, vamos seguir os passos para criar o modelo (template) de um vão de alimentador.
O vão, representado na figura 3, será composto pelos seguintes equipamentos: Um disjuntor;
Três seccionadoras;
Relé de proteção, comando e controle dos equipamentos do vão.
Cada equipamento, por sua vez, tem um conjunto de atributos e métodos que descrevem seu estado e permitem ações que alteram este estado visando executar uma estratégia de controle e/ou proteção.
Dessa forma, usando-se o Action₀NET, será definido nesse item, para uma concessionária, o modelo (template) de um vão de alimentação.
Cada seccionador possui os seguintes atributos/métodos: Secionador aberto;
Seccionador fechado; Abrir/Fechar seccionador;
Equipamento em estado normal/simulado; Colocar equipamento em normal/simulado; Equipamento em estado normal/inibido; Colocar equipamento em normal/inibido;
Equipamento em estado habilitado/desabilitado; Colocar equipamento em habilitado/desabilitado; Equipamento impedido/não impedido;
Colocar equipamento em impedido/não impedido.
Cada disjuntor de um vão de alimentador possui os seguintes atributos/métodos: Corrente nas 3 fases e no neutro do vão do disjuntor;
Tensão nas três fases do vão do disjuntor; Potência ativa e reativa do vão do disjuntor; Fator de potências do vão do disjuntor; Disjuntos sacado (00);
Disjuntor aberto (01); Disjuntor fechado (10); Disjuntor inválido (11);
R81: bloqueio de religamento do disjuntor normal/atuado; Método bloquear/desbloquear R81;
79: Disjuntor com função religamento bloqueada/não bloqueada; Método bloquear/desbloquear função 79;
8 Proteção 51N (sobrecorrente de neutro) atuada/normal Proteção 81 (subfrequência) atuada/normal;
Relé do vão (751A) não sincronizado; Relé do vão (751A) em modo teste; Relé do vão (751A) em serviço;
Falha na bobina de abertura 1 do disjuntor; Falha na bobina de abertura 2 do disjuntor; Falha na bobina de fechamento do disjuntor; Falha de comando;
Falha de goose;
Máximo número de comandos do disjuntor atingido (manutenção preventiva); Falha na resistência de aquecimento;
Proteções de sobrecorrentes instantâneas atuadas (por fase); Proteções de sobrecorrentes temporizadas atuadas (por fase); Método abrir/fechar disjuntor;
Equipamento em estado normal/simulado; Colocar equipamento em normal/simulado; Equipamento em estado normal/inibido; Colocar equipamento em normal/inibido;
Equipamento em estado habilitado/desabilitado; Colocar equipamento em habilitado/desabilitado; Equipamento impedido/não impedido;
Colocar equipamento em impedido/não impedido.
Abaixo é mostrada uma figura com todos os atributos de um vão de alimentador.
Figura 3 – Atributos de um vão de alimentador
Alimentadores atuais (tecnologicamente mais modernos) têm, normalmente, um relé multifunção que concentra todos os atributos e métodos associados ao vão, isto é, lê todos os estados e medidas associados ao vão, assim como executa todos os comandos (métodos) sobre estes equipamentos.
A figura 4, abaixo, mostra o relé de proteção associado a cada vão de alimentação da subestação exemplo. O SEL 751A concentra todos os atributos e métodos dos equipamentos existentes no vão de alimentador. Por meio de sensores, atuadores e canais de comunicação, ele tem todas as funções de supervisão, controle e proteção do vão.
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Figura 4 – Relé usado no modelo de um vão de alimentador
O primeiro grande ganho de produtividade no processo de parametrização está nas funcionalidades do modelo (template) disponibilizado no Action₀NET. Um modelo (template) de alimentador usando o relé SEL 751 terá:
Todos os pontos de Entrada e Saída substantivos à concessionária, respeitando as regras de nomeação de tags da concessionária;
Informação do tipo de alarme e evento que este ponto deve provocar, quando mudar de estado/valor;
Texto da mensagem de alarme e evento que deve ser gerada, seguindo a cultura da concessionária;
Tabela de histórico onde este ponto deve ser armazenado e condições que devem ser satisfeitas para fazer uma gravação;
Protocolo usado para se comunicar com o relé e ler/escrever este ponto; Tipo do ponto, em função do protocolo;
Endereço físico deste ponto no respectivo relé.
Após configurado o modelo (template), utilizando a função Deploy [6] do SCADA, gera-se uma instância do mesmo e todas suas funcionalidades podem ser testadas, uma a uma, garantindo que a parametrização está correta.
A figura 5 mostra o modelo de um alimentador usando o relé SEL 751-A. Este modelo foi nomeado SEL-751_AL (modelo de vão de ALIMENTADOR usando o relé SEL-751-A). Na concessionária, todos os alimentadores que usarem este relé terão o mesmo modelo, seja nesta subestação, seja em qualquer outra subestação.
De outro lado, a parametrização deste relé, para ser usada na proteção, comando e controle de um vão de alimentador de subestações desta concessionária, será sempre a mesma. O “Fornecedor dos Cubículos”, responsável pela parametrização dos relés, poderá testar todas as funcionalidades deste relé, primeiro individualmente e depois integrado ao SCADA, usando o modelo apropriado. Se o teste for concluído com sucesso, o “Fornecedor dos Cubículos” salva o programa de parametrização do relé e, sempre que for necessário configurar um novo relé do mesmo tipo, usado
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para vão de alimentador, carrega este programa no novo relé garantindo que este terá as mesmas funcionalidades do original, já testado.
Figura 5 – Modelo (template) de Alimentador usando o Relé SEL 751_A
3.3.2 Instanciamento de um Modelo (template)
Para instanciar objetos vão, basta, na área de definição destes, criar um novo objeto associando-o a um modelo (template), como mostra a figura 6.
Figura 6 – Instanciamento de um objeto associado a um modelo (template)
Nesta figura, estão declarados quatro vãos de alimentador, todos eles associados a um mesmo modelo (SEL751_AL), cada um associado a um relé SEL751_AL de endereço diferente (node). Observação: o endereço de um ponto em um relé, onde um ponto é, por exemplo, o estado de um disjuntor, o valor de uma medida elétrica, etc. é composto por um par único [E1, E2].
E1: é o endereço do IED (relé) onde este ponto está; E2: é a célula dentro deste IED associada a este ponto.
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O E1 está associado ao nodo que contém o endereço do IED (NODE_GZM_21C4) e E2 está no modelo (template), associado a cada ponto. No manual online do Action₀NET este endereçamento está explicado em [6] – itens: “Points in Devices” e “Atributos Adicionais”.
Uma vez feito o instanciamento, o usuário executa o deploy [6], como explicado no item “Executando o Deploy” e, como resultado serão explodidos no SCADA todos os parâmetros nas respectivas tabelas. Isto é, serão criados, para cada ponto dos modelos:
Condições de alarmes e eventos associados a cada ponto do modelo;
Condições de armazenamento em arquivo de histórico de cada ponto do modelo; Endereços dos pontos de cada elemento do modelo.
3.3.3 Teste de um Modelo (template)
Uma vez gerado um modelo, no caso o vão de alimentador 21C1, seguindo um caderno de teste, verificar-se-ão, para cada ponto do modelo, todas suas funcionalidades.
O SCADA tem um simulador de ponto que permite, para cada ponto, testar todas suas funcionalidades sem necessidade de conecta-lo ao relé. Esta funcionalidade é chamada “janela de Watch” [7] e pode ser vista no manual online em: http://spinengenharia.com.br/help/an-2014/ActionNETUG/DiagnosticsTips/DiagnosticsTips.htm?rhsearch=watch&rhsyns=%20.
Na figura 7, mostra-se uma tela do SCADA usada para testar todos os atributos de modelo (template).
Figura 7 – Teste do Modelo no SCADA usando o Watch
A tela do SCADA tem cinco zonas:
Z1: Relatórios gerados automaticamente pelo SCADA (alarmes, eventos, log de operação, consulta a histórico, etc.);
Z2: Vão do Alimentador (mais à frente se explicará como gerar este objeto); Z3: Proteções associadas a este vão com seu estado corrente;
Z4: Valor das medias do vão em unidades de engenharia; Z5: Janela de eventos e alarmes do vão.
A Janela do Watch apresentada na figura 7 possui, à esquerda, uma lista de pontos do modelo, com seu nome e seu valor corrente, e, à direta, as propriedades de um ponto específico, a seccionadora 3 do alimentador. As propriedades do ponto têm, à esquerda, o nome da propriedade e, à direita, seu valor. Uma das propriedades do ponto é seu valor (Value), mas, como se pode ver,
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existem dezenas de outras propriedades, como sua qualidade, a estampa de tempo da última alteração do ponto, seus alarmes, etc.
Por meio destas telas, seremos capazes de, para cada ponto, alterar seus valores vendo sua representação na tela, se ele causou ou não alarmes e eventos, se ele foi ou não para histórico. Da mesma forma podemos alterar propriedades de um ponto como sua qualidade e verificar como ela interfere no sistema.
Figura 8 – Janela de teste após mudanças de 5 pontos
Assim, por exemplo, na figura 8 acima, foram feitas as seguintes alterações em pontos do sistema: (1) Foi alterado o estado do disjuntor de fechado (2) para aberto (1);
(2) Foi atuada a proteção 51N; (3) Foi atuada a proteção 51C; (4) Foi atuada a proteção 51B; (5) Foi atuada a proteção 51A.
E, após estas alterações foram, realmente, causados os eventos, os alarmes, etc.
Assim, se seguirmos um caderno de testes para cada vão-tipo, ao final teremos um padrão que, sempre que usado, terá baixíssima probabilidades de erro, alta confiabilidade e baixo tempo de configuração.
Concluídos os testes do modelo de alimentador no SCADA, conecta-se este com o relé SEL 751A, configurado para ser usado na proteção, comando e controle do vão de alimentador.
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Figura 9 – Teste do Vão Tipo com o Relé
Com apoio de uma mala de teste do relé, provocam-se todas as células do mesmo, programado para ser o IED do vão de alimentador, e se verifica se o respectivo ponto do SCADA foi sensibilizado. No teste anterior, já se verificou que o SCADA responde corretamente à sensibilização de todos os pontos. Nesta etapa, a verificação funciona para avaliar se o relé está configurado adequadamente e se todos os endereços de células do relé estão compatíveis com os endereços dos pontos do modelo (template).
Concluídos estes testes, sabe-se que o modelo do vão de alimentação está correto e, sempre que usado no SCADA, produzirá eventos, alarmes, log de operação, etc. corretamente, assim como será gravado adequadamente no arquivo de históricos.
Da mesma forma, o programa de parametrização deste relé, para funcionar como relé de proteção, comando e controle de vão de alimentador, está correto.
3.3.4 Produção da biblioteca de símbolos do modelo
O próximo passo é criar símbolos associados a cada item do vão que desejamos mostrar em telas de processo, assim como janelas que permitam executar métodos (comandos) que permitam o controle do processo controlado.
Detalhes sobre telas e símbolos podem ser vistos no manual online – item “Telas e Símbolos”[8]:
http://spinengenharia.com.br/help/an-2014/ActionNETUG/DisplaysAndSymbols/DisplaysAndSymbols.htm?rhsearch=biblioteca%20de%20s%C3%ADmbolos&rhsyns=%20
Estes símbolos serão colocados em uma biblioteca que conterá todos os objetos visuais utilizados para criar telas com a cultura do cliente.
O SCADA desenvolvido pela Spin tem características únicas que facilitam o processo de criar bibliotecas de símbolos, assim como associá-los a modelos (templates).
Para facilitar a explicação do processo de construção de símbolos associados aos modelos, vamos iniciar de um símbolo pronto e desconstruí-lo.
A figura 10 mostra uma biblioteca de símbolos de uma concessionária de distribuição, onde se destaca o SEL751_AL, que é o símbolo de um vão de alimentador. Este símbolo mostra um alimentador, com três seccionadoras, um disjuntor e um conjunto de informações associadas às proteções mais importantes deste vão e duas áreas cinzas onde vai o nome do vão e sua corrente atual.
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Figura 10 – Biblioteca de símbolos complexos
Observem que o símbolo tem o mesmo nome do vão de alimentador típico, isto é, SEL751_A e isto implica que, conforme mostra a figura 11, eu copio um objeto vão do tipo SEL751_AL, na tela de objetos, e o colo na tela de desenhos, criando um desenho de vão já associado ao vão copiado (BTF_21C1), isto é, o símbolo deixa de ser genérico e passa a se referir ao vão 21C1.
Figura 11 – Criação de uma instancia do vão de alimentação 21C1
Este desenho de um vão é composto de dezenas de pequenos objetos, cada um deles com várias funcionalidades. Na verdade, o processo de geração de um símbolo complexo é criar cada um destes objetos, testá-lo e, em seguida, agregá-lo a um objeto maior que será testado e assim por diante, até chegarmos ao símbolo que representa o vão inteiro.
O processo de desconstrução permitirá um entendimento maior do processo. Assim, se executarmos a ação de desfazer o símbolo na janela de desenhos do SCADA, este será decomposto em dezenas de pequenos símbolos usados para criar o símbolo complexo, conforme mostra a figura 12.
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Figura 12 – Desconstrução (unmake) de um símbolo complexo
A figura 13 mostra que um disjuntor é composto de nove símbolos primitivos, e cada símbolo tem um conjunto de funcionalidades que são atributos e métodos associados ao disjuntor.
Figura 13 – Símbolo Disjuntor decomposto em nove símbolos primitivos
(1) Letra L: informa se o disjuntor está em local ou remoto. Se estiver em remoto, a letra é invisível.
(2) Quadrado vermelho em volta: informa se o disjuntor está bloqueado (atributo locked) ou não. Se não está bloqueado, este símbolo é transparente.
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(3) Letra X sobre o símbolo do disjuntor: indica se a qualidade do ponto de estado lida do campo é boa ou não. Se a qualidade é boa, a letra X é invisível, em caso contrário ela aparece, indicando que o estado representado não é confiável.
(4) Quadrado verde representando o estado do disjuntor: este quadrado muda de cor em função do estado: (00) Disjuntor sacado, cor branca; (01) Disjuntor aberto, cor verde; (02) Disjuntor fechado, cor vermelha; (3) Disjuntor indefinido, cor azul claro. Um duplo clique sobre este quadrado ativa uma janela de comando do disjuntor.
(5) Cinco Bandeirolas: designam um conjunto de possibilidades de impedimento do disjuntor. Ficam transparentes se estes impedimentos não existem.
Figura 14 – Janela de comando do Disjuntor com subjanela de impedimento
A janela de comando (figura 14) permite executar um conjunto de comando sobre o disjuntor: a) Abrir/fechar o disjuntor;
b) Colocar o disjuntor em estado simulado, selecionando seu estado (aberto/fechado); c) Tirar o equipamento de operação;
d) Desativar os alarmes associados a este disjuntor (útil quando é feita a manutenção do dispositivo);
e) Impedir operação do equipamento selecionando o motivo.
O processo de criar um símbolo complexo, como o vão de um alimentador, é criar seus símbolos primitivos, testar cada uma das suas funcionalidades, agrupá-los em um símbolo mais complexo, testar suas funcionalidades, até se chegar ao símbolo de um vão, com todas suas funcionalidades. Para exemplificar os testes, apresenta-se a figura 15, com uma tela onde se tem um objeto disjuntor com seus nove componentes. Ativa-se a aplicação com esta tela e, utilizando-se o watch, realizam-se alterações no valor e propriedade do Tag.BTF_21C1.D52A_A.
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Figura 15 – Tela com símbolos que compõe o objeto disjuntor
Ao ativar-se a aplicação com esta tela, como mostra a figura 16, tem-se apenas um quadrado branco com um X. Isto porque o valor “0” significa disjuntor sacado e é representado por um quadrado branco e o X significa que a qualidade deste valor não é boa (qualidade boa = 192). As bandeiras de impedimento não aparecem, porque a variável associada está zerada:
Tag.BTF_21C1.IMP.D52A = 0.
Figura 16 – Tela com símbolos que compõe o objeto disjuntor ao ser iniciada
O teste do disjuntor é feito mexendo-se em todos os valores a atributos de variáveis influenciam no comportamento deste símbolo na tela. Na figura 17, alterou-se o valor para 1 (disjuntor aberto = verde), impedimento = 2 (Turma única) e qualidade = boa (192).
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Figura 17 – Tela com símbolos que compõe o objeto disjuntor após alteração (Val=1, Impedimento = 2)
Um duplo clique sobre o disjuntor abrirá uma janela de comando conforme mostra a figura 18. Observar que nesta janela o valor do disjuntor está 2 (disjuntor fechado), o valor do impedimento está 4 (equipamento indisponível).
Figura 18 – Tela com símbolos que compõe o objeto disjuntor após duplo clique que abre janela de comando
Na janela de comando é possível:
Com um clique em impedimento, abrir a janela com todas as opções de impedimento; Colocar o disjuntor em modo simulado, selecionando-se seu estado neste modo; Colocar o equipamento em fora de operação;
Desativar os alarmes deste equipamento (para, por exemplo, fazer sua manutenção). Concluindo, cada símbolo que compõe o vão será testado individualmente e, após todos os testes, será agrupado a um objeto maior que, por exemplo, tem todas as funcionalidades de um
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equipamento do vão e assim por diante até chegarmos a um vão completo em que, certamente, todas as funcionalidades estarão corretas.
Uma vez testados todos os itens de um símbolo, cria-se o símbolo complexo no caso simbolizando um vão de alimentador, como mostra a figura 19.
Figura 19 – Após testar cada símbolo que compõe o vão do alimentador, cria-se o símbolo deste vão, armazenando-o na biblioteca da concessionária
A criação dos próximos símbolos de vãos (banco de capacitor, linha, transformador, etc.) será bem mais simples, dado que vários elementos componentes são os mesmos (disjuntor, seccionador, proteções, etc.). Ao final, como mostra a figura 10, se terá para esta concessionária, uma biblioteca de símbolos com todos os vãos já testados completamente.
3.4 Bibliotecas com a Cultura da Concessionária
Executando-se os passos apresentados para cada vão-tipo da concessionária, teremos ao fim, uma biblioteca com todos os símbolos de vãos associados a uma família de relés, assim como, todos os modelos (templates) destes vãos. O nome do modelo (template) é o mesmo do nome do símbolo que o representa.
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4. Parametrização de Aplicações
Após serem criados os modelos de todos os vãos-tipo de uma concessionária, bem como a biblioteca com seus símbolos complexos, a atividade de criação ou ampliação de uma nova subestação típica será fácil, rápida e sem erros.
Para parametrizar basta, em poucos minutos, criar-se instâncias dos vãos-tipo associados aos modelos e fazer as telas com a representação destes vãos, conforme mostrado na figura 20. Isto garantirá, sem erros que:
Todos os alarmes e eventos de todos os vãos serão tratados adequadamente; Todos os comandos deverão gerar log de operação correto;
Alterações de variáveis serão registradas corretamente nos arquivos históricos;
Se os relés estiverem parametrizados usando o programa de cada vão-tipo, todos os endereços da aplicação estarão corretos e adequadamente endereçados no SCADA.
Figura 20 – Na parametrização da SE BTF, basta referenciar-se aos respectivos modelos (templates)
O filme “Lean Automation – Subestação em 7 minutos” [4] exemplifica a parametrização de uma nova subestação utilizando os modelos padronizados e as bibliotecas de símbolos associada a concessionária.
Concluindo, a parametrização e teste de uma aplicação no SCADA, passa a ser uma atividade de poucas horas, gastas na parametrização e teste em ambiente de laboratório de toda a aplicação com cerca de dois a três mil pontos de supervisão e controle. A mão-de-obra usada não precisa ser especialista em software SCADA, já que todos os modelos estão prontos e testados. De outro lado, a possibilidade de erro é mínima.
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5. Teste em Ambiente de Fábrica
Essa atividade ocorre no local onde foram montados, pelo fornecedor dos cubículos, os painéis de proteção, comando e controle da subestação. Nela, o fornecedor dos painéis e o responsável pela parametrização do SCADA mostram ao CLIENTE o sistema parametrizado e integrado, conforme detalhado no workstatement.
O fornecedor dos cubículos e o Integrador do SCADA executam os testes a partir de um documento intitulado “Caderno de Testes de Fábrica”, registrando o resultado no próprio caderno. O objetivo dos testes de fábrica é validar os projetos dos painéis elétricos montados para atender ao sistema, assim como validar junto ao cliente o sistema desenvolvido. Para tal, no teste de fábrica, todos os painéis elétricos deverão estar prontos, montados e com sua fiação completa até as réguas de borne que deverão interligar esses painéis aos equipamentos de campo. Nesses testes serão verificados:
Os endereços lógicos e físicos, gerados a partir da relação de todos os pontos de entrada e
saída de cada unidade geradora;
Se a configuração das variáveis na base de dados, com seus parâmetros de alarmes e eventos
está em conformidade com a Especificação Funcional e se o cliente as aprova;
Se as telas de processo e de medidas estão em conformidade com a Especificação Funcional
e se o cliente as aprova;
As funcionalidades do sistema, excitadas a partir da borneira dos painéis elétricos.
Esta atividade tem, normalmente, a duração de algumas semanas.
Concluindo, o TAF será reduzido de semanas para dias, reduzindo-se também despesas com estadia e diárias.
Figura 21 – Exemplo de cubículo de proteção
Assim, o teste de um cubículo que, normalmente, leva alguns dias, poderá ser feito em algumas horas, pois, basicamente, resume-se a verificar se a conexão e montagem do painel com sua borneira estão corretas.
O TAF terá uma duração bem menor que o usual, dado que cada vão tipo já foi testado individualmente com o respectivo relé de proteção, assim como os programas de parametrização dos relés também já foram testados.
O teste de um vão tipo se resume a:
Testar a leitura de um ponto do relé. Feita corretamente, significa que o endereço 1 do relé está OK e, portanto, todos os endereços estão também corretos, já que o programa deste relé foi previamente testado;
Verificar se os bornes dos painéis estão conectados, corretamente, aos bornes dos relés (equipamento);
Executar todos os métodos (comandos) do SCADA que atuam sobre o relé;
Causar, usando uma caixa de teste, as proteções programadas no relé do vão e verificar se esta atua corretamente.
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6. Teste no Campo (TAC)
Esta atividade corresponde à instalação e testes do sistema completo no campo em seu ambiente definitivo.
O objetivo do comissionamento em campo é de validar junto ao cliente/usuário a operacionalidade do sistema no ambiente real de operação. Assim, será verificado se todos os equipamentos existentes nos vãos (disjuntores, seccionadores, bancos de capacitor, etc.) estão conectados corretamente aos respectivos painéis de proteção e controle.
Durante o comissionamento, serão realizados testes ponto a ponto do sistema e verificado o correto funcionamento das telas e funções configuradas.
Como pré-requisitos para a execução desta atividade, os painéis elétricos deverão estar montados nos locais definitivos e com toda a fiação de externa conectada e testada, relés e demais equipamentos devem estar instalados com todo o cabeamento já conectado e testado. Para a verificação da sinalização remota das funções de proteção, deverá estar disponível em campo caixa de aferição digital de modo a provocar a atuação das proteções.
O TAC, sob o ponto de vista dos testes de integração entre SCADA e cubículos, terá sua duração normal, dado que o objetivo é, basicamente, testar a conexão entre os painéis e os equipamentos do vão, existentes no campo. Nesta etapa o ganho será a garantia que o SCADA e os relés deverão estar 100% corretos, no que diz respeito a funcionalidades e endereços, isto é, a única preocupação nesta etapa deverá ser a correta conexão dos cubículos ao campo e a garantia que todos os comandos funcionam adequadamente.
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7. Outras Atividades com Ganho de Produtividade
Dado que serão usados vãos tipo padronizados, os manuais normalmente elaborados em um empreendimento serão criados rapidamente, pois existirão manuais padrão aos quais serão adicionadas mais ou menos páginas em função do número de vãos da subestação. Os seguintes documentos serão produzidos mais rapidamente e sem erros:
Documento de workstatement;
Caderno de teste em ambiente de laboratório; Caderno de teste em Fábrica;
Caderno de teste em Campo; Manual de Operação do sistema; Manual de manutenção do sistema.
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8. Criação de Novos Modelos e Bibliotecas de Símbolos
Após a criação da primeira família de modelos de vão de uma subestação e a primeira biblioteca de símbolos, os próximos modelos e bibliotecas, com a cultura de outras empresas ou usando outras famílias de relés, são bem mais fáceis de realizar, pois serão feitos a partir destes que já estão totalmente testados.
Para adaptar a aplicação a uma nova família de relés, o trabalho será bem menor, dado que as diferenças serão apenas referentes a endereçamento dos relés. As funções, alarmes, eventos, etc. são os mesmos, assim como seu tratamento e, se já foram testados, bastará testar a integração desta nova família de relés ao SCADA, com endereçamento modificado.
Para aplicar a solução a outra concessionária, o trabalho também será bem menor, pois bastará adaptar uma solução já pronta e testada a outra cultura. Neste caso, as mudanças deverão ser:
o Lei de formação dos nomes dos pontos dos vãos pode ser um pouco diferente, embora as funções sejam as mesmas;
o Algum tipo de alarme pode ter procedimento modificado, bastando alterá-lo e testá-lo individualmente;
o Alguns símbolos poderão ser diferentes e algumas telas também. Mas a função associada ao símbolo será a mesma e o software permite desagregar um símbolo, fazer alguma modificação no mesmo e agregá-lo novamente, alterando com isso todos os símbolos deste tipo.
Variações de aplicação, como uso de relés diferentes para o mesmo vão tipo, não permitem o uso completo da metodologia. Neste caso específico, não será possível repetir os endereços nos vãos-tipo e talvez sejam necessários modelos (templates) diferentes para um mesmo vão. Mas o uso parcial da metodologia permitirá também um grande ganho de produtividade. Se desenvolvermos nossa nova aplicação usando modelos e símbolos já testados, apenas inserindo ou retirando pontos de modelos prontos e alterando parte de símbolos a partir de símbolos já testados, o tempo de parametrização e teste será menor e os erros de projeto também.
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9. Criação de Bibliotecas de Equipamentos
A metodologia Lean Automation pode também ser usada para se criar modelos (templates) de equipamentos com bibliotecas de símbolos associadas ao equipamento.
Assim, por exemplo, pode-se criar um modelo do relé SEL751A, que terá como atributos os pontos mostrados na parte frontal do equipamento e a biblioteca de objetos será o desenho idêntico ao equipamento com as funcionalidades do próprio equipamento.
Estes pontos do relé têm, geralmente, endereços fixos e o que se pode fazer é criar uma figura complexa como a apresentada abaixo e um modelo que contemple todos os pontos mostrados na parte frontal do relé. Se o modelo e a figura tiverem o mesmo nome, cria-se a associação.
O próprio modelo (template) do relé usado no alimentador poderia ter um sub-modelo definido como: “EQ tipo EQ_SEL751”. Isto fará que estes pontos do relé fiquem associados ao desenho do relé.
Mais detalhes do uso do Lean Automation na representação de equipamentos podem ser vistos no filme:
https://www.youtube.com/watch?v=3c5nlulR63Q&list=PLWqJoVK0CU9pbpPZSTp58l8gGKiTj3cn A&index=12
Figura 22 – Símbolo de Equipamento e Modelo do Equipamento
A seguir são listados alguns equipamentos com que a Spin já trabalhou, que possuem endereços fixos, em um ou dois protocolos e que deverão ser gerados usando-se esta metodologia:
Medidores de Energia: a) Kron;
b) Saga;
c) Power meter; d) Lands & Gyr; e) Schneider.
Controladores de Grupos Geradores: a) PCC 1013 (Cummins);
26 c) PCC 3300 (Cummins); d) MCM 3320 (Cummins); e) Stemac (Cpd da Fazenda – ST2030); f) GenComm (Henmer). Estações Meteorológicas a) Meteo 40-m (Ammonit). Aerogeradores: a) Suzlon; b) Alston; c) Wobben; d) GE.
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10. Referências
[1] Site: http://spinengenharia.com.br/
[2] Manual Online: http://spinengenharia.com.br/help/an-2014/ActionNETUG/ActionNETUGCover/ActionNETUGCover.htm
[3] YouTube: https://www.youtube.com/playlist?list=PLWqJoVK0CU9pbpPZSTp58l8gGKiTj3cnA
[4] Lean Automation: http://spinengenharia.com.br/downloads-e-demos/filmes/
[5] Aplicação Default: http://spinengenharia.com.br/help/an-2014/ActionNETUG/DAppDefaultEnterprise/DAppDefaultEnterprise.htm?rhsearch=projeto%20default&rhsyns=%20 [6] Deploy: https://www.youtube.com/watch?v=3c5nlulR63Q&list=PLWqJoVK0CU9pbpPZSTp58l8gGKiTj3cnA&index=12. [7] Watch: http://spinengenharia.com.br/help/an-2014/ActionNETUG/DiagnosticsTips/DiagnosticsTips.htm?rhsearch=watch&rhsyns=%20 [8] Telas e Símbolos: http://spinengenharia.com.br/help/an-2014/ActionNETUG/DisplaysAndSymbols/DisplaysAndSymbols.htm?rhsearch=biblioteca%20de%20s%C3%ADmbolos&rhsyns=%20
