O documento introduz conceitos básicos de automação industrial, incluindo sistemas automatizados no dia-a-dia, objetivos da automação, e tecnologias disponíveis como instrumentação inteligente, computadores no processo, controladores lógicos programáveis, sistemas digitais de controle distribuído e sistemas SCADA. É explicado como esses sistemas permitem o monitoramento e controle de processos industriais de forma remota.
5. Introdução à Automação
Conjunto de técnicas destinadas a tornar
automáticos vários processos na indústria,
substituindo o trabalho muscular e mental do
homem por equipamentos diversos
Quantidade com qualidade e economia:
Competitividade
Início: Henry Ford (década de 20) - linha de
produção de automóveis
Avanço: microeletrônica (transistores - anos 60)
Automação x desemprego
6. Exemplo: Sistema Automatizado
LC
LCV
SP
LE ligado
desligado
cheia
vazia
ligado
desligado
presente
ausente
ligado
desligado
motor da
esteira
garrafa
válvula
vazão saída
vazão entrada
7. Objetivos da Automação
• Qualidade: controle de qualidade eficiente,
compensação automática de deficiências do
processo, processos de fabricação
sofisticados
• Flexibilidade: inovações freqüentes no
produto, atendimento a especificidades do
cliente, produção de pequenos lotes
8. Objetivos da Automação
• Produtividade: produção de refugo zero,
redução dos estoques
• Viabilidade Técnica: processamento
imediato de grande volume de informações
e/ou complexidade, limitações do homem,
condições desumanas de trabalho
9. Tecnologias Disponíveis
• Instrumentação Inteligente
• Instrumentação Virtual
• Computador no Processo
• Controlador Lógico Programável (CLP)
• Sistema Digital de Controle Distribuído (SDCD)
• Controle Supervisório e Aquisição de Dados
(SCADA)
• Integração de Sistemas (Redes)
10. Instrumentação Inteligente
• Instrumentação inteligente é aquela à base de
microprocessador
• Condiciona o sinal, no lugar do operador e
apresenta informação de modo amigável
• Possui
– CPU
– Memória
– Módulo I/O
12. Instrumentação Virtual
• Camada de software, hardware ou de ambos,
colocada em um computador de uso geral, para o
usuário interagir com o computador como se fosse
um instrumento convencional
• Instrumento personalizado feito dentro do
computador através de software aplicativo
14. Computador no Processo
Computador usado em controle para fazer:
– Aquisição de Dados
– Controle Seqüencial (CLP, SDCD ou supervisório )
– Controle Lógico (CLP)
– Controle Distribuído (SDCD/DCS)
– Controle Supervisório
– Controle Supervisório e Aquisição de Dados
(SCADA)
16. Aquisição de Dados
• Primeira aplicação usada pelo computador, ainda
usada (e combinada com controle supervisório)
• Coleta de dados analógicos e digitais, em tempo
real, para armazenagem e uso posterior: análise,
indicação, registro, totalização, alarme,
intertravamento e controle
18. Controlador Lógico Programável
CLP
• Sistema digital (1969) introduzido para substituir
relés eletromecânicos
• Sistema programável
• Aplicado a controle lógico ou discreto
• Grande capacidade de coletar dados e condicionar
sinais
• Não possui(a) interface homem-máquina
20. Sistema Digital de Controle Distribuído
• Sistema (1974) introduzido para substituir
painéis de controle convencionais,
centralizando tarefas e distribuindo funções
• Sistema configurável
• Aplicado a controle contínuo
• Possui IHM poderosa e amigável
24. Definição
• Os sistemas SCADA (Supervisory Control
And Data Acquisition) começaram a ser
idealizados desde a primeira metade do
século XX, com a necessidade de obtenção
de dados meteorológicos em grande volume
• Atualmente eles estão sendo largamente
utilizados na indústria, principalmente
aquelas cujos processos são
geograficamente muito distribuídos
25. Componentes Básicos
• Centro de Operações (CO) com uma
Unidade Mestre (UM), que interage com as
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
26.
27. Componentes
• Computador(es) principais (host computers)
• Rede(s) de Área Local
• Estação Mestre
• Modem(s) Mestre(s)
• Rede(s) de Telemetria
• Modem(s) Remoto(s)
• Estações Remota(s)
28. Computadores Host
• Um ou mais computadores host podem se
comunicar com a estação mestre através de uma
rede de conexão local
• Os computadores host rodam um software de
Interface Homem-Máquina (IHM) que tipicamente
exibe, registra, soa alarmes e relata os dados
coletados pela estação mestre
• Computadores host podem também ser
configurados para inicializar ações de controle
para as estações remotas via a estação mestre
29. Projeto de um Sistema SCADA
• Rede de Telemetria:
– topologia de conexão
– modo de transmissão
– meio de ligação
– protocolo de comunicação
• Modems
• Estação Mestre
• Estações Remotas
30. Rede de Telemetria
1. topologia de conexão
2. modo de transmissão
3. meio de ligação
4. protocolo de comunicação
31. 1- Topologia de Conexão
• Ponto-multiponto:
– mais que dois modems particionam um canal
de comunicação comum
• Ponto-a-ponto
– entre dois modems (tal como com modems de
discagem) ou uma combinação de ambos
32. 2- Modo de Transmissão
• Linhas de transporte:
– Dial-up
– Leased
• Atmosfera
– Rádio
– Microondas
– Satélite
33. 3- Meio de Ligação
• Semi-Duplo
– transmissão de dados em uma única direção
por vez
– utilizada em conexão ponto-para-multiponto
• Duplo-Cheio
– dois dispositivos podem simultaneamente
enviar e receber dados (duas direções)
– utilizada em conexão ponto-para-ponto
34. 4- Protocolo de Comunicação
• É primariamente dependente da topologia
de conexão, modo de transmissão e
requerimentos de aplicação, tal como
conexão com equipamentos existentes.
35. Modems
• O tipo de Modem a ser utilizado em uma
aplicação é ditado pela escolha dos meios
de comunicação
• Uma vez especificado o tipo de Modem
(tal como por discagem ou por rádio),
existem várias características e opções que
variam de acordo com o fabricante:
– Modem por discagem
– Modem por linha dedicada
– Modem por rádio
36. Modems
• Podem ser usados tanto para aplicações
ponto-para-ponto, como para aplicações
ponto-para-multiponto
• A consideração principal para modems de
rádio é a banda de freqüência que os
mesmos vão operar
• Os usuários finais devem estar licenciados
para operar um modem de rádio em uma
localização particular com determinadas
freqüências de rádio
37. Estação Mestre e Remotas
• Processadores do tipo CLP e Software de
Controle podem ser usados como estação mestre
de um sistema SCADA
• A determinação de qual tipo de CLPs devem ser
usados em uma estação mestre é baseada
estritamente nos requerimentos necessários de
memória (número de estações remotas que estão
ligadas a cada estação mestre)
• No caso de estações remotas, também podemos
utilizar processadores do tipo CLP
38. Sistemas Supervisórios
• 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
42. Integração de Sistemas
• Interligar as várias ilhas de automação em
único sistema para
– Coordenar as diferentes funções
– Compartilhar dados
– Compartilhar recursos
– Otimizar algumas funções
– Unir técnicas e negócios
43. Redes de Computadores
• Integram todo o conjunto de informações
presentes na indústria
• Sistema distribuído é eficaz no
compartilhamento de informações e
recursos dispostos por um conjunto de
máquinas processadoras
• Vários usuários podem trocar informações
em todos os níveis dentro da fábrica
44. Componentes de uma Rede
• Unidade de Processamento: onde é
executado o software do usuário
• Sistema Especialista (gerenciador):
composto por hardware (equipamento de
rede, placa, etc) e software
• Meio Físico: linha transmissora de dados,
podendo ser par trançado, coaxial ou fibra
ótica. Outros: satélites, microondas
45. Protocolo de Comunicação
• Conjunto de regras, procedimentos e leis
que governam a troca de informações entre
dois ou mais processos, incluindo o formato
e ações a serem executadas quando do envio
e do recebimento destes dados
46. Protocolos Industriais
• Vários protocolos de comunicação foram
desenvolvidos pelos mais diferentes
fabricantes de equipamentos industriais
• Mais conhecidos:
– Interbus
– Modbus
– Devicebus
– Fieldbus
– Profibus