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.

1. SUPERVISÃO E
CONTROLE
OPERACIONAL DE
SISTEMAS
Prof. André Laurindo Maitelli
DCA-UFRN

2. INTRODUÇÃO

3. Automação no Dia-a-Dia
• Em casa:
– Lavando roupa
– Lavando louça
– Esquentando o leite no microondas
• Na rua:
– Sacando dinheiro
– Fazendo compras

4. Automação no Dia-a-Dia

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

11. HART/Fieldbus
Diagnósticos de Sensores,
Dispositivos e Processo
Estação de
Operação
Operações
Status
Cuidado
Bom
Mau
ETR - 57098
Instrumentação Inteligente

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

13. Instrumentação Virtual

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)

15. Computador no Processo

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

17. Aquisição de Dados

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

19. CLP

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

21. Sistema Digital de Controle
Distribuído - SDCD

22. 1970 – Funcionalidades divergentes
CLP SDCD
Aplicações em
controle
discreto
Aplicações em
controle
contínuo
abismo
1980 – Funcionalidades comuns
CLP SDCD
Aplicações em
controle discreto
Aplicações em
controle contínuo
Espaço
1990 – Funcionalidades superpostas
CLP SDCD
Aplicações em
controle discreto
Aplicações em
controle contínuo
Espaço
2000 – Funcionalidades convergentes
CLP/
SDCD
Aplicações em
controle discreto
Aplicações em
controle contínuo
CLP x SDCD

23. Sistemas SCADA

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

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

39. Sistemas Supervisórios

41. Integração de
Sistemas
Transacional
Tempo Real
Contínuo
Seqüencial
Discreto
Medição
Gerência Corporativa
Gerência de
Produção
Tempo Real
Transacional
Controle
Gerência Industrial

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

47. Até a próxima aula !!!