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Resumo – Neste artigo vai ser mostrado as
funções do sistema SCADA e o sistema
SDCD. Como começaram suas historias para as industrias,
como cada sistema funciona e suas vantagens, e não menos
importante fazer uma comparação de cada um dos dois
sistemas, fazendo assim um entendimento melhor para o
conhecimento dos sistemas SCADA e SDCD.
Abstract - In this article will be shown the SCADA system
and the DCS system. How did they get their stories for
industries , as each system works and its advantages, not least
make a comparison of each of the two systems , thus making
a better understanding to the knowledge of SCADA and DCS
systems.
Palavras Chave – SCADA, SDCD, indústria, sistema.
I. OBJETIVO
As inovações em tecnologias móveis originaram
equipamentos de fácil utilização com alta capacidade de
processamento, conectividade por diversos protocolos de rede
e um uma rica IHM (interface homem-máquina) que
proporciona excelente experiência ao usuário. Estas
características expandiram os nichos de adeptos à tecnologia,
que antes pertencia basicamente ao pessoal ligado à
tecnologia da informação.[3]
A representação mais atual e difundida dessas novas
tecnologias são os Tablets. Os Tablets são equipamentos
multifuncionais comandados por um sistema operacional que
permitem a instalação de ferramentas de software para uso
doméstico, recreativo e profissional. Possuem uma IHM
sensível ao toque (touch ou multi-touch), conectividade por
WiFi, Bluetooth, GPS, cartões de memória e recursos de
áudio e vídeo. Elegantes e funcionais, rapidamente
conquistaram novos usuários e despertaram o interesse de
empresas de tecnologia a desenvolver software aplicativos
para agregar valor a estes produtos. Os Tablets mais
conhecidos atualmente são o iPad da Apple, com o sistema
operacional próprio chamado iOS e o Samsung Galaxy Tab,
com o sistema operacional Android da Google.[3]
Usabilidade, mobilidade e baixo custo são características
que tornam os Tablets a alternativa ideal ao usuário que busca
flexibilidade para executar ações a qualquer instante ou até
substituir computadores pessoais, notebooks e netbooks. Os
softwares disponíveis para os Tablets são conhecidos como
aplicativos ou simplesmente “apps”, disponíveis em lojas
virtuais mantidas por cada fornecedor de sistema operacional:
Android Market para Android e App Store para Apple.
Além dos Tablets, os Smartphones mais difundidos também
utilizam os mesmos sistemas operacionais citados, sendo
compatíveis com os aplicativos dos Tablets equivalentes.
Modelos como o iPhone da Apple e Galaxy S da Samsung
podem prover as mesmas funcionalidades dos Tablets, mas
com uma interface com o usuário mais limitada devido ao seu
menor tamanho de tela. Em contrapartida, cabem na palma
da mão ou bolso.[3]
A alta conectividade dos Tablets com redes TCP/IP os
torna candidatos a serem ainda agentes integradores de
informação do mundo online de monitoramento com redes e
sistemas corporativos (ERP, MES, LIMS, PIMS, etc) a fim de
prover uma visão total do processo para o usuário.[3]
Um dos componentes de soluções para automação
industrial é o sistema de supervisão SCADA (Supervisory
Control And Data Acquisition), que centraliza e comanda
valiosas informações sobre tudo que está ocorrendo no
processo supervisionado. Operadores e supervisores que
fazem uso deste sistema necessitam ser notificados
rapidamente sobre qualquer ocorrência ou evento importante
para tomar a decisão certa no tempo certo. Alguns sistemas
SCADA disponibilizam módulos acessíveis remotamente via
internet/intranet para estações desktop ou até para acesso via
celular, limitando-se em alguns casos a somente visualização
sem poder executar ações remotas.[3]
Informação, notificação e operações remotas foram
combustíveis para que provedores de soluções oferecessem
soluções SCADA que fizessem uso do potencial do Tablet
dentro de um ambiente profissional.[3]
II. INTRODUÇÃO
SCADA
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). Os primeiros sistemas SCADA, basicamente
telemétricos, permitiam informar periodicamente o estado
corrente do processo industrial, monitorando sinais
representativos de medidas e estados de dispositivos, através
de um painel de lâmpadas e indicadores, sem que houvesse
qualquer interface aplicacional com o operador. [2]
Atualmente, os sistemas de automação industrial utilizam
tecnologias de computação e comunicação para automatizar a
monitoração e controle dos processos industriais, efetuando
coleta de dados em ambientes complexos, eventualmente
dispersos geograficamente, e a respectiva apresentação de
modo amigável para o operador, com recursos gráficos
elaborados (interfaces homem-máquina) e conteúdo
multimídia. [2]
Para permitir isso, os sistemas SCADA identificam os tags,
que são todas as variáveis numéricas ou alfanuméricas
envolvidas na aplicação, podendo executar funções
computacionais (operações matemáticas, lógicas, com vetores
ou strings, etc) ou representar pontos de entrada/saída de
dados do processo que está sendo controlado. Neste caso,
correspondem às variáveis do processo real (ex: temperatura,
nível, vazão etc), se comportando como a ligação entre o
controlador e o sistema. É com base nos valores das tags que
os dados coletados são apresentados ao usuário.[2]
Os sistemas SCADA podem também verificar condições
de alarmes, identificadas quando o valor da tag ultrapassa
SCADA e SDCD
Felipe Pimentel da Silva, UNIPAC - Conselheiro Lafaiete
1
uma faixa ou condição pré-estabelecida, sendo possível
programar a RT 001.04 – O que são sistemas supervisórios? 2
gravação de registros em Bancos de Dados, ativação de som,
mensagem, mudança de cores, envio de mensagens por pager,
e-mail, celular, etc.[5]
Componentes físicos de um sistema de supervisao
Os componentes físicos de um sistema de supervisão
podem ser resumidos, de forma simplificada, em: sensores e
atuadores, rede de comunicação, estações remotas
(aquisição/controle) e de monitoração central (sistema
computacional SCADA).[5]
Os sensores são dispositivos conectados aos equipamentos
controlados e monitorados pelos sistemas SCADA, que
convertem parâmetros físicos tais como velocidade, nível de
água e temperatura, para sinais analógicos e digitais legíveis
pela estação remota. Os atuadores são utilizados para atuar
sobre o sistema, ligando e desligando determinados
equipamentos.[5]
O processo de controle e aquisição de dados se inicia nas
estações remotas, PLCs (Programmable Logic Controllers) e
RTUs (Remote Terminal Units), com a leitura dos valores
atuais dos dispositivos que a ele estão associados e seu
respectivo controle. Os PLCs e RTUs são unidades
computacionais específicas, utilizadas nas instalações fabris
(ou qualquer outro tipo de instalação que se deseje monitorar)
para a funcionalidade de ler entradas, realizar cálculos ou
controles, e atualizar saídas. A diferença entre os PLCs e as
RTUs é que os primeiros possuem mais flexibilidade na
linguagem de programação e controle de entradas e saídas,
enquanto as RTUs possuem uma arquitetura mais distribuída
entre sua unidade de processamento central e os cartões de
entradas e saídas, com maior precisão e seqüenciamento de
eventos.[5]
A rede de comunicação é a plataforma por onde as
informação fluem dos PLCs/RTUs para o sistema SCADA e,
levando em consideração os requisitos do sistema e a
distância a cobrir, pode ser implementada através de cabos
Ethernet, fibras ópticas, linhas dial-up, linhas dedicadas,
rádio modems, etc.[5]
As estações de monitoração central são as unidades
principais dos sistemas SCADA, sendo responsáveis por
recolher a informação gerada pelas estações remotas e agir
em conformidade com os eventos detectados, podendo ser
centralizadas num único computador ou distribuídas por uma
rede de computadores, de modo a permitir o
compartilhamento das informações coletadas.[5]
Veja na figura abaixo um sistema de supervisão e controle.
[5]
Fig. 1 – Sistema de supervisão e controle
SCADA com CLP (Compacto, modular, distribuído)
A figura 2 apresenta diagrama esquemático SCADA com
uso de um CLP. O CLP em questão pode ser compacto,
modular ou com I/O distribuído. Cada cartão ou módulo de
I/O possui um determinado número de entrada ou saídas que
podem ser digitais ou analógicas de acordo com o tipo de
sinal enviado/recebido. O sistema de supervisão pode ler as
entradas digitais/analógicas e ler/escrever nas saídas
digitais/analógicas. Além disso, outros endereços de memória
podem ser lidos ou escritos, como por exemplo, bits
auxiliares, dados de parâmetros de controle proporcional,
integral e derivavo, valores de temporização e contagem,
entre outros.[5]
Fig. 2 – Diagrama básico esquemático SCADA com uso de um CLP.
Nesse tipo de arquitetura, os módulos de I/O montados
localmente em um CLP modular e a comunicação é do tipo
ponto-a-ponto. Veja na figura abaixo.[5]
2
Fig. 3 - Arquitetura local de CLP com I/O remotos ou distribuídos (RTU de
I/O).
A instalação de um sistema automático com o uso de I/O
locais, requer um gasto considerável de cabeamento,
borneiras, caixas de passagem, bandejas, projeto e mãode-
obra para a instalação. Os blocos I/O remotos possibilitam
uma redução drástica destes gastos, uma vez que todos os
sinais não serão encaminhados para o rack do CLP e sim para
pontos de entradas e saídas que ficarão localizados no campo.
[5]
Este módulos de I/O, também conhecidos como “remotas”
de I/O ou RTU de I/O, são independentes e configuráveis.
Interligados entre si através de um barramento de campo
(fieldbus) proprietário ou de padrão aberto. Nesta arquitetura
existe a necessidade de cartões de interface para conexão
entre os rack´s remotos e o rack central. [5]
Um barramento permite aprimorar o controle de I/O
através do uso de comandos de comunicação no programa. O
barramento também pode ser usado inteiramente para o
controle de I/O, com múltiplos dispositivos de I/O e sem
comunicação adicional. Pode ainda ser dedicado à
comunicação da CPU, com múltiplas CPUs e sem dispositivos
de I/O. Sistemas mais complexos também podem ser
desenvolvidos, com CPUs duplas e uma ou mais CPUs
adicionais para a monitoração de dados[5]
Fig. 4 - Arquitetura de rede de CLP`s.
Módulos de I/O montados localmente. Normalmente, a
comunicação dos CLP´s com o sistema de supervisão é do
tipo mestre-escravo ou polling.[5]
SCADA com Fieldbus
A figura 6 ilustra o esquema de um sistema SCADA com
uso do Fieldbus Foundation. No esquema, esta mesma rede
está integrada com um CLP possibilitando que os dados deste
equipamento sejam acessados por meio da rede fieldbbus.[7]
Fig. 5 - Diagrama básico esquemático SCADA com FIELDBUS
Flexibilidade da arquitetura SCADA
Alguns elementos são básicos em um sistema SCADA
(estação de supervisão, equipamento de controle com I/O e
infra estrutura de comunicação). Um sistema SCADA pode
compreender mais de uma estação de supervisão, podem
existir estações específicas para relatórios, gráficos de
tendência, controle estatítico do processo, entre outros. A
infra estrutura de comunicação pode utilizar diversas
tecnologias de transmissão de dados e até mesmo utilizar
redes redudantes para aumentar a disponibilidade dos
sistema. Além disso, todo os sitema pode ser monitorado a
distância por meio da rede WAN. A figura 6 exemplifica a
flexibilidade da arquitetura de um sistema SCADA.[7]
Fig. 6 - Exemplo da flexibilidade da arquitetura de um sistema SCADA
Componentes Logicos de um sistema SCADA
Internamente, os sistemas SCADA geralmente dividem
suas principais tarefas em blocos ou módulos, que vão
permitir maior ou menor flexibilidade e robustez, de acordo
com a solução desejada.[7]
Em linhas gerais, podemos dividir essas tarefas em:
- Núcleo de processamento;
- Comunicação com PLCs/RTUs;
- Gerenciamento de Alarmes;
- Históricos e Banco de Dados;
3
- Lógicas de programação interna (Scripts) ou controle;
- Interface gráfica;
- Relatórios;
- Comunicação com outras estações SCADA;
- Comunicação com Sistemas Externos / Corporativos;
- Outros.
A regra geral para o funcionamento de um sistema
SCADA parte dos processos de comunicação com os
equipamentos de campo, cujas informações são enviadas para
o núcleo principal do software. O núcleo é responsável por
distribuir e coordenar o fluxo dessas informações para os
demais módulos, até chegarem na forma esperada para o
operador do sistema, na interface gráfica ou console de
operação com o processo, geralmente acompanhadas de
gráficos, animações, relatórios, etc, de modo a exibir a
evolução do estado dos dispositivos e do processo controlado,
permitindo informar anomalias, sugerir medidas a serem
tomadas ou reagir automaticamente.[8]
As tecnologias computacionais utilizadas para o
desenvolvimento dos sistemas SCADA têm evoluído bastante
nos últimos anos, de forma a permitir que, cada vez mais,
aumente sua confiabilidade, flexibilidade e conectividade,
além de incluir novas ferramentas que permitem diminuir
cada vez mais o tempo gasto na configuração e adaptação do
sistema às necessidades de cada instalação.[8]
Modos de comunicação
A principal funcionalidade de qualquer sistema SCADA
está ligada à troca de informações, que podem ser,
basicamente:[4]
- Comunicação com os PLCs/RTUs;
- Comunicação com outras estações SCADA;
- Comunicação com outros sistemas.
A comunicação com os equipamentos de campo, realizada
através de um protocolo em comum, cuja metodologia pode
ser tanto de domínio público ou de acesso restrito, geralmente
pode ocorrer por polling ou por interrupção, normalmente
designada por Report by Exception[4]
A comunicação por polling (ou Master/Slave) faz com que
a estação central (Master) tenha controle absoluto das
comunicações, efetuando seqüencialmente o polling aos dados
de cada estação remota (Slave), que apenas responde à
estação central após a recepção de um pedido, ou seja, em
half-duplex.
Isto traz simplicidade no processo de coleta de dados,
inexistência de colisões no tráfego da rede, facilidade na
detecção de falhas de ligação e uso de estações remotas não
inteligentes. No entanto, traz incapacidade de comunicar
situações à estação central por iniciativa das estações remotas.
[4]
Já a comunicação por interrupção ocorre quando o PLC ou
o RTU monitora os seus valores de entrada e, ao detectar
alterações significativas ou valores que ultrapassem os limites
definidos, envia as informações para a estação central. Isto
evita a transferência de informação desnecessária,
diminuindo o tráfego na rede, além de permitir uma rápida
detecção de informação urgente e a comunicação entre
estações remotas (slave-to-slave). As desvantagens desta
comunicação são que a estação central consegue detectar as
falhas na ligação apenas depois de um determinado período
(ou seja, quando efetua polling ao sistema) e são necessários
outros métodos (ou mesmo ação por parte do operador) para
obter os valores atualizados.[2]
A comunicação com outras estações SCADA pode ocorrer
através de um protocolo desenvolvido pelo próprio fabricante
do sistema SCADA, ou através de um protocolo conhecido
via rede Ethernet TCP/IP, linhas privativas ou discadas.[2]
A Internet é cada vez mais utilizada como meio de
comunicação para os sistemas SCADA. Através do uso de
tecnologias relacionadas com a Internet, e padrões como
Ethernet, TCP/IP, HTTP e HTML, é possível acessar e
compartilhar dados entre áreas de produção e áreas de
supervisão e controle de várias estações fabris. Através do uso
de um browser de Internet, é possível controlar em tempo
real, uma máquina localizada em qualquer parte do mundo. O
browser comunica com o servidor web através do protocolo
http, e após o envio do pedido referente à operação
pretendida, recebe a resposta na forma de uma página HTML.
Algumas das vantagens da utilização da Internet e do
browser como interface de visualização SCADA são o modo
simples de interação, ao qual a maioria das pessoas já está
habituada, e a facilidade de manutenção do sistema, que
precisa ocorrer somente no servidor. [1]
Já a comunicação com outros sistemas, como os de ordem
corporativa, ou simplesmente outros coletores ou fornecedores
de dados, pode se dar através da implementação de módulos
específicos, via Bancos de Dados, ou outras tecnologias como
o XML e o OPC.[1]
Tagname ou variáveis em um sistema scada
Sistemas SCADA tipicamente implementam banco de
dados chamado de banco de dados de tagname que contém
dados dos pontos de I/O e dados de endereços internos de
memória do equipamento de controle. O tagname é um
espaço da memória da estação de supervisão destinado ao
armazenamento de um valor contido em um conjunto
chamado de tipo. Em todo o sistema existem basicamente
dois conjuntos de variáveis: simples ou primitivas e alguma
variáveis compostas formadas a partir das primeiras. [4]
Os tipos das variáveis (tagname) primitivas fundamentais
são:
- Numérico: real ou inteira;
- Discreta (lógica, bit, discret, bool, booleano);
- Caracter (mensagem ou string).
No programa de supevisão os tagnames com valores
obtidos a partir da comunicação com outros programas são
chamados de I/O, os calculados são internos ou “memory”.
Veja na figura abaixo parâmetros de configuração de um
tagname.[4]
Fig. 7 - Parâmetros de configuração de um tagname.
No exemplo da figura, o LT400 (range 0 a 3m) envia sinal
para entrada analógica do equipamento de controle.
Considerando o uso de toda a faixa da entrada analógica, o
valor do LT400 é armazenado na memória imagem com a
faixa de 0 a 32767. No programa de supervisão deverá ser
configurado um tagname com as seguintes características
básicas: [2]
4
• Nome = “LT400”
• Tipo = I/O real
• Range em unidade de engenharia (UE) = 0 a 3 metros
• Range na memória imagem (RAW) = 0 a 32767
• Endereço = EA1
• Limites e tipo de alarmes.
Este tagname deverá ser lincado com um driver de
comunicação, geralmente OPC ou DDE para ambiente
Windows.[2]
Sistemas Digitais de controle Distribuído - SDCD
Nas arquiteturas SDCD o controle não é concentrado em
um dispositivo central, mas distribuído entre as estações
remotas. A estação central não é um elemento essencial à
continuidade da operação, mas apenas um dispositivo para
facilitar e oferecer maiores recursos para a interface do
operador com o processo. [2]
Nesta arquitetura as informações são centralizadas embora
possa existir salas de controle locais e uma central, o controle
é funcionalmente distribuído e os controladores são
geograficamente centralizados ou não, possuindo as
facilidades e recursos da eletrônica moderna dos
microprocessadores, redes locais e fibras óticas.[2]
O fato da tecnologia baseada em microprocessadores ter
tornado-se economicamente aplicável no projeto de
instrumentação para controle de processos industriais, abriu a
porta para muitas idéias inovadoras e permitiu filosofias de
controle que podiam manipular funções de controle
significativamente complexas, com a mesma facilidade e tão
bem como se fossem malhas simples.[6]
Novos avanços na tecnologia de microprocessadores vem
possibilitando o desenvolvimento de um grande número de
equipamentos de aquisição de dados e controle de processos
que podem ser distribuídos ao longo de uma via de dados em
uma planta industrial.[6]
Cada um desses equipamentos é dotado de inteligência e
executa funções específicas. Esta recente disponibilidade
encontrada no mercado com grande quantidade de micro
computadores com excepcional capacidade computacional e
preços relativamente baixos tem tornado possível a
implantação de sistemas digitais de controle distribuído
possuindo capacidade e facilidades similares encontradas em
um grande, poderoso e caro sistema de controle por
computador centralizado e seus periféricos.[6]
Os sistemas de processamento distribuído são adequados
para uso tanto no controle de processo com também em
condições de aplicações comerciais. Devido a seu baixo custo
e simplicidade os microprocessadores podem ser distribuídos
geograficamente ou funcionalmente para executarem funções
dedicadas, gerando-se desta forma os sistemas de controle
distribuído. Então os sistemas de controle distribuídos são
uma série de microcomputadores(controladores
programáveis) dedicados e altamente modularizados
interligados por uma rede de comunicação digital.[6]
Um sistema digital de controle distribuído combina as
vantagens do conceito de controle distribuído dos sistemas
analógicos mais as vantagens do conceito de opera›Äao
centralizada dos sistemas de computadores.[6]
Assim sendo o computador fica livre para executar
aplicações mais sofisticadas tais como modelagem
matemática e otimização do processo.[6]
Abaixo segue uma ilustração da representação de um
sistema SDCD.[6]
Fig. 8 - Representação de um sistema SDCD.
Vantagens de um sistema SDCD
Elevada confiabilidade, garantida pôr:
- sub sistema de comunicação redundante
- disponibilidade de módulos de back-up (baixo custo)
- rotinas de auto-diagnóstico
Elevada flexibilidade de configuração e reconfiguração
- Baixo custo de configuração ou reconfiguração
- Facilidade de alteração da estratégia de controle
- Utilização de consoles de vídeo com linguagem
interativa
Interface homem-máquina de alto
- Uso de consoles de vídeo coloridos, tecla
funcionais, linguagem interativa
- Fácil aprendizado pelos operadores
- Telas padronizadas de fácil compreensão e
manipulação
- relatórios impressos
- acesso a maior número de informações e execução
de maior número de funções
Menores custos de instalação
- Custos de fiação drasticamente reduzidos
- Menores painéis e salas de controle
- Menores problemas com interferência por
indução
em sinais DC de baixo nível
Maior facilidade de interligação com computadores
digitais
- Interface facilitada pelo uso de um "Data Higway"
- Alivia carga de CPU do computador na medida
em
que as funções encontram-se distribuídas Menores custos de
desenvolvimento de Software
- Grande número de funções previamente
programadas em firmware.
Estrutura de um SDCD
Sistemas de controle de processo e outros sistemas usados
em condições industriais típicas envolvem aquisição de dados
de sensores e subsequente controle em malha fechada via
atuadores acoplados a controladores individualmente. As
tarefas a serem executadas por estes controladores podem ser
claramente definidas e uma configuração ótima pode ser
especificada. [5]
5
Uma forma simplificada de processamento distribuído
horizontalmente permite que a carga seja compartilhada entre
diferentes processadores sem envolver transferência de
programas aplicativos e grande quantidade de dados. Este
tipo de processamento distribuído é adequado para aquisição
de dados e controle de processos industriais.[5]
O processamento de dados geral e as funções de controle
são analisadas, particionadas e alocadas a diferentes
processadores. Assim cada processador tem que executar
somente um conjunto específico e bem determinado de
funções. O programa de aplicação requerido para executar
tais funções estará residente na memória daquele processador
ou sobre um dispositivo de armazenagem de massa acoplado
ao mesmo. Similarmente, os dados a serem usados por estes
programas de aplicação poderão ser tanto armazenados sobre
um dispositivo de memória principal ou secundária acoplado
ao mesmo ou adquirido diretamente do processo por meio de
sensores adequados.[5]
Temos então uma base de dados geral da planta distribuída
localmente nos subsistemas formados por cada controlador e
seus dispositivos associados. Veja na figura abaixo.
Fig. 9 – Sistema de grande porte.
Em condições de operação, cada controlador é
responsável por aquisição de dados, calibração e pela
execução de qualquer pré-processamento necessário. Estes
dados são então usados em um ou mais algoritmos de
controle que determinam a ação de controle requerida, a
qual é executada via atuadores interfaceados ao mesmo.
Cada um dos processadores será responsável pela execução
de qualquer cálculo de otimização necessários para aquela
seção do processo. Uma interface para o operador separada
com facilidades de aquisição e controle pode ser prevista.
[3]
A coordenação do processo é obtida pela transferência,
via linha de comunicação, de pequenas quantidades de
dados necessárias aos outros controladores. É dificil
executar uma otimização de processo geral se nenhum dos
computadores tem informação completa sobre o estado
geral de todo o processo.[3]
Desta forma, caso se deseje realizar uma otimização
geral da planta é recomendável a existência de um
computador central com acesso rápido a base de dados de
toda a planta e geralmente com uma capacidade
computacional maior do que os processadores distribuídos.
Este computador é conhecido como hospedeiro e fica em
um nível hierárquico superior aos processadores
distribuídos horizontalmente.[3]
Temos então, um sistema com arquitetura mista, isto é,
processadores distribuídos horizontalmente e
verticalmente. A maioria dos SDCD associados a outras
atividades tais como supervisão, coordenação e controle de
produção possuem arquitetura mista. [3]
De uma forma geral, as funções exercidas por um SDCD
podem ser estruturadas de maneira hierárquica, sendo
definidos diversos níveis de atividades.[3]
De modo a melhor caracterizar um SDCD, vamos
agrupar os elementos que o compõem em quatro
subsistemas de acordo com suas características funcionais,
e mostrar como o atendimento aos níveis hierárquicos
acima se coaduna com a caracterização proposta.[3]
Fig. 10 – Subsistema de supervisão e otimização.
III. DESENVOLVIMENTO
Entre os diversos tipos de sistemas de controle industriais,
os mais conhecidos são os Sistemas Digitais de Controle
Distribuí- do (SDCD). Contudo, um número cada vez maior
de sistemas de controle se baseia na utilização dos CLPs. O
constante surgimento de novos componentes eletrônicos,
mormente os circuitos integrados, e de mais complexas
formas de transmissão e protocolos de comunicação de dados
têm levado a uma aproximação dos dois mundos – o do
SDCD e o do CLP. Este foi muito além das opera- ções
discretas e atualmente é capaz de controlar múltiplas malhas,
além de comunicar-se com sistemas na sala de controle,
substituindo com seu custo menor várias aplicações
proprietárias do SDCD. Por seu turno, o SDCD tem atendido
às pressões dos usuários no sentido da padronização e da
interoperabilidade e já há até a possibilidade de CLPs fazerem
parte dos sistemas. [7]
Essas transformações – o crescimento do CLP e a
“abertura” do SDCD – ainda não chegaram ao seu fi nal. Por
outro lado, existe no mundo um imenso legado de instalações
em operação nas mais variadas tecnologias, daí a grande
importância que assume a capacidade de comunicação e
integração entre diferentes sistemas.[7]
O CLP foi criado, ao fi nal da década de 1970, para
substituir sistemas automáticos que utilizavam relés,
temporizadores e seqüenciadores mecânicos. Foram adotados
inicialmente pela indústria automotiva, pois a atualização
anual dos modelos requeria que fosse refeita a fi ação dos
painéis de controle (a relés). O CLP trazia fl exibilidade à
6
automação, pois era necessário apenas carregar um novo
programa no controlador. [7]
Concebido para processos discretos, o CLP cresceu em
funcionalidades ao longo do tempo, passando a incorporar
também controle de movimentos, controle de processos,
controle distribuído e funcionamento em rede. Atualmente, os
CLPs podem operar de forma isolada ou de forma integrada,
conectados em rede entre si e com um sistema supervisório. O
crescimento do CLP e de suas funcionalidades viabilizou a
sua utilização em indústrias de processo e a sua conexão a um
SDCD ou a um sistema SCADA.[7]
O nome SCADA foi criado para designar sistemas de
aquisição de dados e controle distribuídos em grande escala,
como em uma grande área geográfi ca, convergindo para um
nível supervisório de forma centralizada. A maior parte do
controle local é realizado pelas unidades remotas ou RTU
(Remote Terminal Unit), eventualmente substituídas por
CLPs. O monitoramento centralizado pode realizar
intervenções que se superpõem ao comando local. Por
exemplo, embora uma determinada região seja supervisionada
e controlada por um CLP, este se reporta a uma instância
supervisória na qual o operador pode, como resultado de
simulações ou projeções realizadas com base nos dados de
processo informados, alterar os valores de referência (set
points) do CLP. Nesse caso, além da malha de controle local,
existe uma instância centralizada que monitora e pode
comandar a malha. Entretanto, esse poder de comando
supervisório não precisa, necessariamente, operar em tempo
real, ao passo que a operação em tempo real é crítica para a
malha de controle local. [7]
Os dados provenientes do campo são formatados e
apresentados ao operador, podendo ser gravados em um
sistema histó- rico, de forma a permitir futuras análises de
tendência e auditoria. [7]
Dadas as suas características, um sistema SCADA pode ser
utilizado em processos industriais, de geração de energia ou
refi no de petróleo ou ligado à infra-estrutura, como
transmissão de energia elétrica, tratamento e distribuição de
água, coleta e tratamento de esgoto, distribuição de gás e
redes de telecomunicações.[7]
Como o SCADA, com freqüência, supervisiona processos
críticos, nos quais a prevenção de falhas é extremamente
importante, o hardware utilizado é robusto, capaz de suportar
temperatura, vibração e características elétricas extremas,
além de ser redundante. Também são construídos com
redundância os canais de comunicação entre as RTUs e a
estação central, os quais fazem uso de combinações de rádio,
ligações diretas ou via modem, entre outros. Essa
implementação remota da função supervisória do sistema
SCADA recebe o nome de telemetria.[6]
O objetivos da DCS e SCADA são bastante diferentes. É
possível que um único sistema para ser capaz de realizar as
duas funções DCS e SCADA, mas poucos foram concebidos
com isto em mente, e, portanto, eles geralmente ficam aquém
em algum lugar. Tornou-se comum para os vendedores DCS
para pensar que podem fazer SCADA porque as
especificações do sistema parecem tão semelhantes, mas
alguns requisitos parágrafos sobre a disponibilidade de dados
e processamento de atualização separa um sistema SCADA
viável a partir de um que iria funcionar OK, se não fosse para
o mundo real ficando no caminho.[6]
DCS é orientado para o processo : ele olha para o processo
controlado (a fábrica de produtos químicos ou qualquer outro)
como o centro do universo, e apresenta dados para operadoras
como parte de seu trabalho.SCADA é de coleta de dados
orientada : o centro de controle e os operadores são o centro
de seu universo. O equipamento remoto é apenas lá para
recolher os dados - embora também possa fazer algum
controle de processo muito complexo![6]
A Estação do operador DCS é normalmente intimamente
ligado com a sua I / O (através da fiação local,FieldBus ,
redes, etc.). Quando o operador DCS quer ver informações
que ele normalmente faz uma solicitação diretamente para o
campo I / O e obtém uma resposta. Eventos de campo pode
interromper diretamente o sistema e aconselhar o operador.
SCADA deve funcionar razoavelmente quando as
comunicações de campo falharam. A "qualidade" dos dados
apresentados para o operador é uma faceta importante do
funcionamento do sistema SCADA.Sistemas SCADA
geralmente fornecem mecanismos de processamento especiais
'evento' para lidar com condições que ocorrem entre os
períodos de aquisição de dados.[6]
Há muitas outras diferenças, mas elas tendem a envolver um
grande número de detalhes. Os pontos subjacentes são:
SCADA precisa obter dados e assegurar o controlo sobre um
potencialmente lento, meio de comunicação não confiáveis ,
e precisa manter um banco de dados de "Last Known Good
valores 'para exibição rápida do operador. Ele frequentemente
precisa fazer o processamento de eventos e validação da
qualidade dos dados. Redundância é geralmente tratada de
forma distribuída.[6]
DCS está sempre conectado à sua fonte de dados , por isso,
não precisa manter um banco de dados de "valores correntes
'. Redundância é geralmente tratado por equipamento
paralelo, não por difusão de informações em torno de um
banco de dados distribuído.
Estes diferenças subjacentes solicitar uma série de decisões
de design que requerem muito mais complexidade em um
sistema de banco de dados do sistema SCADA e de coleta de
dados do que é normalmente encontrado em DCS. Sistemas
DCS normalmente têm correspondentemente mais
complexidade em sua funcionalidade de controle de
processos.[8]
A empresa em que trabalho tem tanto DCS e produtos
SCADA. As estações de operação para cada linha de produto
pode usar o mesmoEstações de trabalho UNIX . Os dados
relativos às ações de sistemas (e, assim, formar um / sistema
DCS SCADA composto), mas o Arquitectura base de dados
SCADA é significativamente diferente da arquitectura de
dados DCS, na medida em que a base de dados da estação
mestre SCADA olha para os operadores DCS muito parecido
com alguns directamente ligado DCS-I / O. As pessoas são
DCS (é claro) que desejam simplificar este para cortar
custos. No entanto, eles ainda não têm uma alternativa viável
para os mecanismos necessários em sistemas SCADA para ter
redundância e dados comunicações redundância para fornecer
o tipo de confiabilidade do sistema SCADA que nossos
clientes esperam.[8]
Se você olhar para especificações de requisitos de sistema do
mais clientes, uma análise cuidadosa dos recolha de dados e
requisitos de qualidade irá indicar se os sistemas de estilo
SCADA ou DCS-estilo são apropriadas. Em geral: quanto
mais recursos de um sistema fornece a mais ele vai custar, por
7
isso, se você não precisa do tipo SCADA instalações de coleta
de dados, geralmente, será mais econômico usar um sistema
DCS-tipo. Se você precisa fazer essas facilidades, você vai
pagar por eles.[4]
A resposta curta: DCS e SCADA ainda são coisas diferentes,
depende do que o cliente especifica quanto ao que é adequado
para uma determinada instalação.[4]
Espero que isso tenha esclarecido mais do que tem
confundido. Além disso, é a minha opinião com base em
minhas próprias experiências com DCS e SCADA. Outros
podem ter experiência com sistemas que são projetados para
fornecer SCADA completo e total funcionalidade DCS no
sistema um.[2]
IV. CONCLUSÕES
Nesse trabalho foi apresentado algumas maneiras
claras não só o equipamento SDCD e SCADA, mas
principalmente os conceitos nos quais eles se
fundamentam, e a partir desse contexto, poder avaliar a
eficiência destes sistemas diante das necessidades de
controle de processos industriais.
O estudo e desenvolvimento de sistemas de controle
é de extrema importância para uma boa otimização de
processos industriais, tendo em vista que, para um
eficiente controle, é necessário um bom domínio de
todo o processo a ser automatizado. Os Sistemas
SCADA e SDCD são equipamentos de bastante
eficientes em controles de processos.
Com a comparação dos dois sistemas, da uma ideia
de como cada um dos sistemas funcionam e possuem
vantagens e desvantagens diferentes.
V. REFERÊNCIAS
Periódicos:
[1] S. k. P. Simon, e M. V. Maria, Complexo eletrônico: Automação do
controle industrial.
[2] P. G. Ana, S. Marcelo, O que são sistemas supervisórios, RT. 025.04,
10/09/2004
[3] R. M. Antônio, Automação industrial ramo de automação,
produção e eletrônica industrial, Faculdade de Engenharia de Porto,
maio/2004.
[4] Universidade tecnológica federal do Paraná, SDCD Sistema digital de
controle distribuído, 2005.
[5] http://members.iinet.net.au/~ianw/archive/x4371.htm
[6] M. Joao, Automação industrial, Editora Baraúna, 2009.
[7] W. Silva, Sistema SCADA supervisório, Instituto federal fluminense ,
Rio de janeiro, 2008.
[8] H. P. Warley, Sistemas digitais de controles distribuídos, ufop, 2009.
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Scada e scdc trabalho

  • 1. Resumo – Neste artigo vai ser mostrado as funções do sistema SCADA e o sistema SDCD. Como começaram suas historias para as industrias, como cada sistema funciona e suas vantagens, e não menos importante fazer uma comparação de cada um dos dois sistemas, fazendo assim um entendimento melhor para o conhecimento dos sistemas SCADA e SDCD. Abstract - In this article will be shown the SCADA system and the DCS system. How did they get their stories for industries , as each system works and its advantages, not least make a comparison of each of the two systems , thus making a better understanding to the knowledge of SCADA and DCS systems. Palavras Chave – SCADA, SDCD, indústria, sistema. I. OBJETIVO As inovações em tecnologias móveis originaram equipamentos de fácil utilização com alta capacidade de processamento, conectividade por diversos protocolos de rede e um uma rica IHM (interface homem-máquina) que proporciona excelente experiência ao usuário. Estas características expandiram os nichos de adeptos à tecnologia, que antes pertencia basicamente ao pessoal ligado à tecnologia da informação.[3] A representação mais atual e difundida dessas novas tecnologias são os Tablets. Os Tablets são equipamentos multifuncionais comandados por um sistema operacional que permitem a instalação de ferramentas de software para uso doméstico, recreativo e profissional. Possuem uma IHM sensível ao toque (touch ou multi-touch), conectividade por WiFi, Bluetooth, GPS, cartões de memória e recursos de áudio e vídeo. Elegantes e funcionais, rapidamente conquistaram novos usuários e despertaram o interesse de empresas de tecnologia a desenvolver software aplicativos para agregar valor a estes produtos. Os Tablets mais conhecidos atualmente são o iPad da Apple, com o sistema operacional próprio chamado iOS e o Samsung Galaxy Tab, com o sistema operacional Android da Google.[3] Usabilidade, mobilidade e baixo custo são características que tornam os Tablets a alternativa ideal ao usuário que busca flexibilidade para executar ações a qualquer instante ou até substituir computadores pessoais, notebooks e netbooks. Os softwares disponíveis para os Tablets são conhecidos como aplicativos ou simplesmente “apps”, disponíveis em lojas virtuais mantidas por cada fornecedor de sistema operacional: Android Market para Android e App Store para Apple. Além dos Tablets, os Smartphones mais difundidos também utilizam os mesmos sistemas operacionais citados, sendo compatíveis com os aplicativos dos Tablets equivalentes. Modelos como o iPhone da Apple e Galaxy S da Samsung podem prover as mesmas funcionalidades dos Tablets, mas com uma interface com o usuário mais limitada devido ao seu menor tamanho de tela. Em contrapartida, cabem na palma da mão ou bolso.[3] A alta conectividade dos Tablets com redes TCP/IP os torna candidatos a serem ainda agentes integradores de informação do mundo online de monitoramento com redes e sistemas corporativos (ERP, MES, LIMS, PIMS, etc) a fim de prover uma visão total do processo para o usuário.[3] Um dos componentes de soluções para automação industrial é o sistema de supervisão SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition), que centraliza e comanda valiosas informações sobre tudo que está ocorrendo no processo supervisionado. Operadores e supervisores que fazem uso deste sistema necessitam ser notificados rapidamente sobre qualquer ocorrência ou evento importante para tomar a decisão certa no tempo certo. Alguns sistemas SCADA disponibilizam módulos acessíveis remotamente via internet/intranet para estações desktop ou até para acesso via celular, limitando-se em alguns casos a somente visualização sem poder executar ações remotas.[3] Informação, notificação e operações remotas foram combustíveis para que provedores de soluções oferecessem soluções SCADA que fizessem uso do potencial do Tablet dentro de um ambiente profissional.[3] II. INTRODUÇÃO SCADA 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). Os primeiros sistemas SCADA, basicamente telemétricos, permitiam informar periodicamente o estado corrente do processo industrial, monitorando sinais representativos de medidas e estados de dispositivos, através de um painel de lâmpadas e indicadores, sem que houvesse qualquer interface aplicacional com o operador. [2] Atualmente, os sistemas de automação industrial utilizam tecnologias de computação e comunicação para automatizar a monitoração e controle dos processos industriais, efetuando coleta de dados em ambientes complexos, eventualmente dispersos geograficamente, e a respectiva apresentação de modo amigável para o operador, com recursos gráficos elaborados (interfaces homem-máquina) e conteúdo multimídia. [2] Para permitir isso, os sistemas SCADA identificam os tags, que são todas as variáveis numéricas ou alfanuméricas envolvidas na aplicação, podendo executar funções computacionais (operações matemáticas, lógicas, com vetores ou strings, etc) ou representar pontos de entrada/saída de dados do processo que está sendo controlado. Neste caso, correspondem às variáveis do processo real (ex: temperatura, nível, vazão etc), se comportando como a ligação entre o controlador e o sistema. É com base nos valores das tags que os dados coletados são apresentados ao usuário.[2] Os sistemas SCADA podem também verificar condições de alarmes, identificadas quando o valor da tag ultrapassa SCADA e SDCD Felipe Pimentel da Silva, UNIPAC - Conselheiro Lafaiete 1
  • 2. uma faixa ou condição pré-estabelecida, sendo possível programar a RT 001.04 – O que são sistemas supervisórios? 2 gravação de registros em Bancos de Dados, ativação de som, mensagem, mudança de cores, envio de mensagens por pager, e-mail, celular, etc.[5] Componentes físicos de um sistema de supervisao Os componentes físicos de um sistema de supervisão podem ser resumidos, de forma simplificada, em: sensores e atuadores, rede de comunicação, estações remotas (aquisição/controle) e de monitoração central (sistema computacional SCADA).[5] Os sensores são dispositivos conectados aos equipamentos controlados e monitorados pelos sistemas SCADA, que convertem parâmetros físicos tais como velocidade, nível de água e temperatura, para sinais analógicos e digitais legíveis pela estação remota. Os atuadores são utilizados para atuar sobre o sistema, ligando e desligando determinados equipamentos.[5] O processo de controle e aquisição de dados se inicia nas estações remotas, PLCs (Programmable Logic Controllers) e RTUs (Remote Terminal Units), com a leitura dos valores atuais dos dispositivos que a ele estão associados e seu respectivo controle. Os PLCs e RTUs são unidades computacionais específicas, utilizadas nas instalações fabris (ou qualquer outro tipo de instalação que se deseje monitorar) para a funcionalidade de ler entradas, realizar cálculos ou controles, e atualizar saídas. A diferença entre os PLCs e as RTUs é que os primeiros possuem mais flexibilidade na linguagem de programação e controle de entradas e saídas, enquanto as RTUs possuem uma arquitetura mais distribuída entre sua unidade de processamento central e os cartões de entradas e saídas, com maior precisão e seqüenciamento de eventos.[5] A rede de comunicação é a plataforma por onde as informação fluem dos PLCs/RTUs para o sistema SCADA e, levando em consideração os requisitos do sistema e a distância a cobrir, pode ser implementada através de cabos Ethernet, fibras ópticas, linhas dial-up, linhas dedicadas, rádio modems, etc.[5] As estações de monitoração central são as unidades principais dos sistemas SCADA, sendo responsáveis por recolher a informação gerada pelas estações remotas e agir em conformidade com os eventos detectados, podendo ser centralizadas num único computador ou distribuídas por uma rede de computadores, de modo a permitir o compartilhamento das informações coletadas.[5] Veja na figura abaixo um sistema de supervisão e controle. [5] Fig. 1 – Sistema de supervisão e controle SCADA com CLP (Compacto, modular, distribuído) A figura 2 apresenta diagrama esquemático SCADA com uso de um CLP. O CLP em questão pode ser compacto, modular ou com I/O distribuído. Cada cartão ou módulo de I/O possui um determinado número de entrada ou saídas que podem ser digitais ou analógicas de acordo com o tipo de sinal enviado/recebido. O sistema de supervisão pode ler as entradas digitais/analógicas e ler/escrever nas saídas digitais/analógicas. Além disso, outros endereços de memória podem ser lidos ou escritos, como por exemplo, bits auxiliares, dados de parâmetros de controle proporcional, integral e derivavo, valores de temporização e contagem, entre outros.[5] Fig. 2 – Diagrama básico esquemático SCADA com uso de um CLP. Nesse tipo de arquitetura, os módulos de I/O montados localmente em um CLP modular e a comunicação é do tipo ponto-a-ponto. Veja na figura abaixo.[5] 2
  • 3. Fig. 3 - Arquitetura local de CLP com I/O remotos ou distribuídos (RTU de I/O). A instalação de um sistema automático com o uso de I/O locais, requer um gasto considerável de cabeamento, borneiras, caixas de passagem, bandejas, projeto e mãode- obra para a instalação. Os blocos I/O remotos possibilitam uma redução drástica destes gastos, uma vez que todos os sinais não serão encaminhados para o rack do CLP e sim para pontos de entradas e saídas que ficarão localizados no campo. [5] Este módulos de I/O, também conhecidos como “remotas” de I/O ou RTU de I/O, são independentes e configuráveis. Interligados entre si através de um barramento de campo (fieldbus) proprietário ou de padrão aberto. Nesta arquitetura existe a necessidade de cartões de interface para conexão entre os rack´s remotos e o rack central. [5] Um barramento permite aprimorar o controle de I/O através do uso de comandos de comunicação no programa. O barramento também pode ser usado inteiramente para o controle de I/O, com múltiplos dispositivos de I/O e sem comunicação adicional. Pode ainda ser dedicado à comunicação da CPU, com múltiplas CPUs e sem dispositivos de I/O. Sistemas mais complexos também podem ser desenvolvidos, com CPUs duplas e uma ou mais CPUs adicionais para a monitoração de dados[5] Fig. 4 - Arquitetura de rede de CLP`s. Módulos de I/O montados localmente. Normalmente, a comunicação dos CLP´s com o sistema de supervisão é do tipo mestre-escravo ou polling.[5] SCADA com Fieldbus A figura 6 ilustra o esquema de um sistema SCADA com uso do Fieldbus Foundation. No esquema, esta mesma rede está integrada com um CLP possibilitando que os dados deste equipamento sejam acessados por meio da rede fieldbbus.[7] Fig. 5 - Diagrama básico esquemático SCADA com FIELDBUS Flexibilidade da arquitetura SCADA Alguns elementos são básicos em um sistema SCADA (estação de supervisão, equipamento de controle com I/O e infra estrutura de comunicação). Um sistema SCADA pode compreender mais de uma estação de supervisão, podem existir estações específicas para relatórios, gráficos de tendência, controle estatítico do processo, entre outros. A infra estrutura de comunicação pode utilizar diversas tecnologias de transmissão de dados e até mesmo utilizar redes redudantes para aumentar a disponibilidade dos sistema. Além disso, todo os sitema pode ser monitorado a distância por meio da rede WAN. A figura 6 exemplifica a flexibilidade da arquitetura de um sistema SCADA.[7] Fig. 6 - Exemplo da flexibilidade da arquitetura de um sistema SCADA Componentes Logicos de um sistema SCADA Internamente, os sistemas SCADA geralmente dividem suas principais tarefas em blocos ou módulos, que vão permitir maior ou menor flexibilidade e robustez, de acordo com a solução desejada.[7] Em linhas gerais, podemos dividir essas tarefas em: - Núcleo de processamento; - Comunicação com PLCs/RTUs; - Gerenciamento de Alarmes; - Históricos e Banco de Dados; 3
  • 4. - Lógicas de programação interna (Scripts) ou controle; - Interface gráfica; - Relatórios; - Comunicação com outras estações SCADA; - Comunicação com Sistemas Externos / Corporativos; - Outros. A regra geral para o funcionamento de um sistema SCADA parte dos processos de comunicação com os equipamentos de campo, cujas informações são enviadas para o núcleo principal do software. O núcleo é responsável por distribuir e coordenar o fluxo dessas informações para os demais módulos, até chegarem na forma esperada para o operador do sistema, na interface gráfica ou console de operação com o processo, geralmente acompanhadas de gráficos, animações, relatórios, etc, de modo a exibir a evolução do estado dos dispositivos e do processo controlado, permitindo informar anomalias, sugerir medidas a serem tomadas ou reagir automaticamente.[8] As tecnologias computacionais utilizadas para o desenvolvimento dos sistemas SCADA têm evoluído bastante nos últimos anos, de forma a permitir que, cada vez mais, aumente sua confiabilidade, flexibilidade e conectividade, além de incluir novas ferramentas que permitem diminuir cada vez mais o tempo gasto na configuração e adaptação do sistema às necessidades de cada instalação.[8] Modos de comunicação A principal funcionalidade de qualquer sistema SCADA está ligada à troca de informações, que podem ser, basicamente:[4] - Comunicação com os PLCs/RTUs; - Comunicação com outras estações SCADA; - Comunicação com outros sistemas. A comunicação com os equipamentos de campo, realizada através de um protocolo em comum, cuja metodologia pode ser tanto de domínio público ou de acesso restrito, geralmente pode ocorrer por polling ou por interrupção, normalmente designada por Report by Exception[4] A comunicação por polling (ou Master/Slave) faz com que a estação central (Master) tenha controle absoluto das comunicações, efetuando seqüencialmente o polling aos dados de cada estação remota (Slave), que apenas responde à estação central após a recepção de um pedido, ou seja, em half-duplex. Isto traz simplicidade no processo de coleta de dados, inexistência de colisões no tráfego da rede, facilidade na detecção de falhas de ligação e uso de estações remotas não inteligentes. No entanto, traz incapacidade de comunicar situações à estação central por iniciativa das estações remotas. [4] Já a comunicação por interrupção ocorre quando o PLC ou o RTU monitora os seus valores de entrada e, ao detectar alterações significativas ou valores que ultrapassem os limites definidos, envia as informações para a estação central. Isto evita a transferência de informação desnecessária, diminuindo o tráfego na rede, além de permitir uma rápida detecção de informação urgente e a comunicação entre estações remotas (slave-to-slave). As desvantagens desta comunicação são que a estação central consegue detectar as falhas na ligação apenas depois de um determinado período (ou seja, quando efetua polling ao sistema) e são necessários outros métodos (ou mesmo ação por parte do operador) para obter os valores atualizados.[2] A comunicação com outras estações SCADA pode ocorrer através de um protocolo desenvolvido pelo próprio fabricante do sistema SCADA, ou através de um protocolo conhecido via rede Ethernet TCP/IP, linhas privativas ou discadas.[2] A Internet é cada vez mais utilizada como meio de comunicação para os sistemas SCADA. Através do uso de tecnologias relacionadas com a Internet, e padrões como Ethernet, TCP/IP, HTTP e HTML, é possível acessar e compartilhar dados entre áreas de produção e áreas de supervisão e controle de várias estações fabris. Através do uso de um browser de Internet, é possível controlar em tempo real, uma máquina localizada em qualquer parte do mundo. O browser comunica com o servidor web através do protocolo http, e após o envio do pedido referente à operação pretendida, recebe a resposta na forma de uma página HTML. Algumas das vantagens da utilização da Internet e do browser como interface de visualização SCADA são o modo simples de interação, ao qual a maioria das pessoas já está habituada, e a facilidade de manutenção do sistema, que precisa ocorrer somente no servidor. [1] Já a comunicação com outros sistemas, como os de ordem corporativa, ou simplesmente outros coletores ou fornecedores de dados, pode se dar através da implementação de módulos específicos, via Bancos de Dados, ou outras tecnologias como o XML e o OPC.[1] Tagname ou variáveis em um sistema scada Sistemas SCADA tipicamente implementam banco de dados chamado de banco de dados de tagname que contém dados dos pontos de I/O e dados de endereços internos de memória do equipamento de controle. O tagname é um espaço da memória da estação de supervisão destinado ao armazenamento de um valor contido em um conjunto chamado de tipo. Em todo o sistema existem basicamente dois conjuntos de variáveis: simples ou primitivas e alguma variáveis compostas formadas a partir das primeiras. [4] Os tipos das variáveis (tagname) primitivas fundamentais são: - Numérico: real ou inteira; - Discreta (lógica, bit, discret, bool, booleano); - Caracter (mensagem ou string). No programa de supevisão os tagnames com valores obtidos a partir da comunicação com outros programas são chamados de I/O, os calculados são internos ou “memory”. Veja na figura abaixo parâmetros de configuração de um tagname.[4] Fig. 7 - Parâmetros de configuração de um tagname. No exemplo da figura, o LT400 (range 0 a 3m) envia sinal para entrada analógica do equipamento de controle. Considerando o uso de toda a faixa da entrada analógica, o valor do LT400 é armazenado na memória imagem com a faixa de 0 a 32767. No programa de supervisão deverá ser configurado um tagname com as seguintes características básicas: [2] 4
  • 5. • Nome = “LT400” • Tipo = I/O real • Range em unidade de engenharia (UE) = 0 a 3 metros • Range na memória imagem (RAW) = 0 a 32767 • Endereço = EA1 • Limites e tipo de alarmes. Este tagname deverá ser lincado com um driver de comunicação, geralmente OPC ou DDE para ambiente Windows.[2] Sistemas Digitais de controle Distribuído - SDCD Nas arquiteturas SDCD o controle não é concentrado em um dispositivo central, mas distribuído entre as estações remotas. A estação central não é um elemento essencial à continuidade da operação, mas apenas um dispositivo para facilitar e oferecer maiores recursos para a interface do operador com o processo. [2] Nesta arquitetura as informações são centralizadas embora possa existir salas de controle locais e uma central, o controle é funcionalmente distribuído e os controladores são geograficamente centralizados ou não, possuindo as facilidades e recursos da eletrônica moderna dos microprocessadores, redes locais e fibras óticas.[2] O fato da tecnologia baseada em microprocessadores ter tornado-se economicamente aplicável no projeto de instrumentação para controle de processos industriais, abriu a porta para muitas idéias inovadoras e permitiu filosofias de controle que podiam manipular funções de controle significativamente complexas, com a mesma facilidade e tão bem como se fossem malhas simples.[6] Novos avanços na tecnologia de microprocessadores vem possibilitando o desenvolvimento de um grande número de equipamentos de aquisição de dados e controle de processos que podem ser distribuídos ao longo de uma via de dados em uma planta industrial.[6] Cada um desses equipamentos é dotado de inteligência e executa funções específicas. Esta recente disponibilidade encontrada no mercado com grande quantidade de micro computadores com excepcional capacidade computacional e preços relativamente baixos tem tornado possível a implantação de sistemas digitais de controle distribuído possuindo capacidade e facilidades similares encontradas em um grande, poderoso e caro sistema de controle por computador centralizado e seus periféricos.[6] Os sistemas de processamento distribuído são adequados para uso tanto no controle de processo com também em condições de aplicações comerciais. Devido a seu baixo custo e simplicidade os microprocessadores podem ser distribuídos geograficamente ou funcionalmente para executarem funções dedicadas, gerando-se desta forma os sistemas de controle distribuído. Então os sistemas de controle distribuídos são uma série de microcomputadores(controladores programáveis) dedicados e altamente modularizados interligados por uma rede de comunicação digital.[6] Um sistema digital de controle distribuído combina as vantagens do conceito de controle distribuído dos sistemas analógicos mais as vantagens do conceito de opera›Äao centralizada dos sistemas de computadores.[6] Assim sendo o computador fica livre para executar aplicações mais sofisticadas tais como modelagem matemática e otimização do processo.[6] Abaixo segue uma ilustração da representação de um sistema SDCD.[6] Fig. 8 - Representação de um sistema SDCD. Vantagens de um sistema SDCD Elevada confiabilidade, garantida pôr: - sub sistema de comunicação redundante - disponibilidade de módulos de back-up (baixo custo) - rotinas de auto-diagnóstico Elevada flexibilidade de configuração e reconfiguração - Baixo custo de configuração ou reconfiguração - Facilidade de alteração da estratégia de controle - Utilização de consoles de vídeo com linguagem interativa Interface homem-máquina de alto - Uso de consoles de vídeo coloridos, tecla funcionais, linguagem interativa - Fácil aprendizado pelos operadores - Telas padronizadas de fácil compreensão e manipulação - relatórios impressos - acesso a maior número de informações e execução de maior número de funções Menores custos de instalação - Custos de fiação drasticamente reduzidos - Menores painéis e salas de controle - Menores problemas com interferência por indução em sinais DC de baixo nível Maior facilidade de interligação com computadores digitais - Interface facilitada pelo uso de um "Data Higway" - Alivia carga de CPU do computador na medida em que as funções encontram-se distribuídas Menores custos de desenvolvimento de Software - Grande número de funções previamente programadas em firmware. Estrutura de um SDCD Sistemas de controle de processo e outros sistemas usados em condições industriais típicas envolvem aquisição de dados de sensores e subsequente controle em malha fechada via atuadores acoplados a controladores individualmente. As tarefas a serem executadas por estes controladores podem ser claramente definidas e uma configuração ótima pode ser especificada. [5] 5
  • 6. Uma forma simplificada de processamento distribuído horizontalmente permite que a carga seja compartilhada entre diferentes processadores sem envolver transferência de programas aplicativos e grande quantidade de dados. Este tipo de processamento distribuído é adequado para aquisição de dados e controle de processos industriais.[5] O processamento de dados geral e as funções de controle são analisadas, particionadas e alocadas a diferentes processadores. Assim cada processador tem que executar somente um conjunto específico e bem determinado de funções. O programa de aplicação requerido para executar tais funções estará residente na memória daquele processador ou sobre um dispositivo de armazenagem de massa acoplado ao mesmo. Similarmente, os dados a serem usados por estes programas de aplicação poderão ser tanto armazenados sobre um dispositivo de memória principal ou secundária acoplado ao mesmo ou adquirido diretamente do processo por meio de sensores adequados.[5] Temos então uma base de dados geral da planta distribuída localmente nos subsistemas formados por cada controlador e seus dispositivos associados. Veja na figura abaixo. Fig. 9 – Sistema de grande porte. Em condições de operação, cada controlador é responsável por aquisição de dados, calibração e pela execução de qualquer pré-processamento necessário. Estes dados são então usados em um ou mais algoritmos de controle que determinam a ação de controle requerida, a qual é executada via atuadores interfaceados ao mesmo. Cada um dos processadores será responsável pela execução de qualquer cálculo de otimização necessários para aquela seção do processo. Uma interface para o operador separada com facilidades de aquisição e controle pode ser prevista. [3] A coordenação do processo é obtida pela transferência, via linha de comunicação, de pequenas quantidades de dados necessárias aos outros controladores. É dificil executar uma otimização de processo geral se nenhum dos computadores tem informação completa sobre o estado geral de todo o processo.[3] Desta forma, caso se deseje realizar uma otimização geral da planta é recomendável a existência de um computador central com acesso rápido a base de dados de toda a planta e geralmente com uma capacidade computacional maior do que os processadores distribuídos. Este computador é conhecido como hospedeiro e fica em um nível hierárquico superior aos processadores distribuídos horizontalmente.[3] Temos então, um sistema com arquitetura mista, isto é, processadores distribuídos horizontalmente e verticalmente. A maioria dos SDCD associados a outras atividades tais como supervisão, coordenação e controle de produção possuem arquitetura mista. [3] De uma forma geral, as funções exercidas por um SDCD podem ser estruturadas de maneira hierárquica, sendo definidos diversos níveis de atividades.[3] De modo a melhor caracterizar um SDCD, vamos agrupar os elementos que o compõem em quatro subsistemas de acordo com suas características funcionais, e mostrar como o atendimento aos níveis hierárquicos acima se coaduna com a caracterização proposta.[3] Fig. 10 – Subsistema de supervisão e otimização. III. DESENVOLVIMENTO Entre os diversos tipos de sistemas de controle industriais, os mais conhecidos são os Sistemas Digitais de Controle Distribuí- do (SDCD). Contudo, um número cada vez maior de sistemas de controle se baseia na utilização dos CLPs. O constante surgimento de novos componentes eletrônicos, mormente os circuitos integrados, e de mais complexas formas de transmissão e protocolos de comunicação de dados têm levado a uma aproximação dos dois mundos – o do SDCD e o do CLP. Este foi muito além das opera- ções discretas e atualmente é capaz de controlar múltiplas malhas, além de comunicar-se com sistemas na sala de controle, substituindo com seu custo menor várias aplicações proprietárias do SDCD. Por seu turno, o SDCD tem atendido às pressões dos usuários no sentido da padronização e da interoperabilidade e já há até a possibilidade de CLPs fazerem parte dos sistemas. [7] Essas transformações – o crescimento do CLP e a “abertura” do SDCD – ainda não chegaram ao seu fi nal. Por outro lado, existe no mundo um imenso legado de instalações em operação nas mais variadas tecnologias, daí a grande importância que assume a capacidade de comunicação e integração entre diferentes sistemas.[7] O CLP foi criado, ao fi nal da década de 1970, para substituir sistemas automáticos que utilizavam relés, temporizadores e seqüenciadores mecânicos. Foram adotados inicialmente pela indústria automotiva, pois a atualização anual dos modelos requeria que fosse refeita a fi ação dos painéis de controle (a relés). O CLP trazia fl exibilidade à 6
  • 7. automação, pois era necessário apenas carregar um novo programa no controlador. [7] Concebido para processos discretos, o CLP cresceu em funcionalidades ao longo do tempo, passando a incorporar também controle de movimentos, controle de processos, controle distribuído e funcionamento em rede. Atualmente, os CLPs podem operar de forma isolada ou de forma integrada, conectados em rede entre si e com um sistema supervisório. O crescimento do CLP e de suas funcionalidades viabilizou a sua utilização em indústrias de processo e a sua conexão a um SDCD ou a um sistema SCADA.[7] O nome SCADA foi criado para designar sistemas de aquisição de dados e controle distribuídos em grande escala, como em uma grande área geográfi ca, convergindo para um nível supervisório de forma centralizada. A maior parte do controle local é realizado pelas unidades remotas ou RTU (Remote Terminal Unit), eventualmente substituídas por CLPs. O monitoramento centralizado pode realizar intervenções que se superpõem ao comando local. Por exemplo, embora uma determinada região seja supervisionada e controlada por um CLP, este se reporta a uma instância supervisória na qual o operador pode, como resultado de simulações ou projeções realizadas com base nos dados de processo informados, alterar os valores de referência (set points) do CLP. Nesse caso, além da malha de controle local, existe uma instância centralizada que monitora e pode comandar a malha. Entretanto, esse poder de comando supervisório não precisa, necessariamente, operar em tempo real, ao passo que a operação em tempo real é crítica para a malha de controle local. [7] Os dados provenientes do campo são formatados e apresentados ao operador, podendo ser gravados em um sistema histó- rico, de forma a permitir futuras análises de tendência e auditoria. [7] Dadas as suas características, um sistema SCADA pode ser utilizado em processos industriais, de geração de energia ou refi no de petróleo ou ligado à infra-estrutura, como transmissão de energia elétrica, tratamento e distribuição de água, coleta e tratamento de esgoto, distribuição de gás e redes de telecomunicações.[7] Como o SCADA, com freqüência, supervisiona processos críticos, nos quais a prevenção de falhas é extremamente importante, o hardware utilizado é robusto, capaz de suportar temperatura, vibração e características elétricas extremas, além de ser redundante. Também são construídos com redundância os canais de comunicação entre as RTUs e a estação central, os quais fazem uso de combinações de rádio, ligações diretas ou via modem, entre outros. Essa implementação remota da função supervisória do sistema SCADA recebe o nome de telemetria.[6] O objetivos da DCS e SCADA são bastante diferentes. É possível que um único sistema para ser capaz de realizar as duas funções DCS e SCADA, mas poucos foram concebidos com isto em mente, e, portanto, eles geralmente ficam aquém em algum lugar. Tornou-se comum para os vendedores DCS para pensar que podem fazer SCADA porque as especificações do sistema parecem tão semelhantes, mas alguns requisitos parágrafos sobre a disponibilidade de dados e processamento de atualização separa um sistema SCADA viável a partir de um que iria funcionar OK, se não fosse para o mundo real ficando no caminho.[6] DCS é orientado para o processo : ele olha para o processo controlado (a fábrica de produtos químicos ou qualquer outro) como o centro do universo, e apresenta dados para operadoras como parte de seu trabalho.SCADA é de coleta de dados orientada : o centro de controle e os operadores são o centro de seu universo. O equipamento remoto é apenas lá para recolher os dados - embora também possa fazer algum controle de processo muito complexo![6] A Estação do operador DCS é normalmente intimamente ligado com a sua I / O (através da fiação local,FieldBus , redes, etc.). Quando o operador DCS quer ver informações que ele normalmente faz uma solicitação diretamente para o campo I / O e obtém uma resposta. Eventos de campo pode interromper diretamente o sistema e aconselhar o operador. SCADA deve funcionar razoavelmente quando as comunicações de campo falharam. A "qualidade" dos dados apresentados para o operador é uma faceta importante do funcionamento do sistema SCADA.Sistemas SCADA geralmente fornecem mecanismos de processamento especiais 'evento' para lidar com condições que ocorrem entre os períodos de aquisição de dados.[6] Há muitas outras diferenças, mas elas tendem a envolver um grande número de detalhes. Os pontos subjacentes são: SCADA precisa obter dados e assegurar o controlo sobre um potencialmente lento, meio de comunicação não confiáveis , e precisa manter um banco de dados de "Last Known Good valores 'para exibição rápida do operador. Ele frequentemente precisa fazer o processamento de eventos e validação da qualidade dos dados. Redundância é geralmente tratada de forma distribuída.[6] DCS está sempre conectado à sua fonte de dados , por isso, não precisa manter um banco de dados de "valores correntes '. Redundância é geralmente tratado por equipamento paralelo, não por difusão de informações em torno de um banco de dados distribuído. Estes diferenças subjacentes solicitar uma série de decisões de design que requerem muito mais complexidade em um sistema de banco de dados do sistema SCADA e de coleta de dados do que é normalmente encontrado em DCS. Sistemas DCS normalmente têm correspondentemente mais complexidade em sua funcionalidade de controle de processos.[8] A empresa em que trabalho tem tanto DCS e produtos SCADA. As estações de operação para cada linha de produto pode usar o mesmoEstações de trabalho UNIX . Os dados relativos às ações de sistemas (e, assim, formar um / sistema DCS SCADA composto), mas o Arquitectura base de dados SCADA é significativamente diferente da arquitectura de dados DCS, na medida em que a base de dados da estação mestre SCADA olha para os operadores DCS muito parecido com alguns directamente ligado DCS-I / O. As pessoas são DCS (é claro) que desejam simplificar este para cortar custos. No entanto, eles ainda não têm uma alternativa viável para os mecanismos necessários em sistemas SCADA para ter redundância e dados comunicações redundância para fornecer o tipo de confiabilidade do sistema SCADA que nossos clientes esperam.[8] Se você olhar para especificações de requisitos de sistema do mais clientes, uma análise cuidadosa dos recolha de dados e requisitos de qualidade irá indicar se os sistemas de estilo SCADA ou DCS-estilo são apropriadas. Em geral: quanto mais recursos de um sistema fornece a mais ele vai custar, por 7
  • 8. isso, se você não precisa do tipo SCADA instalações de coleta de dados, geralmente, será mais econômico usar um sistema DCS-tipo. Se você precisa fazer essas facilidades, você vai pagar por eles.[4] A resposta curta: DCS e SCADA ainda são coisas diferentes, depende do que o cliente especifica quanto ao que é adequado para uma determinada instalação.[4] Espero que isso tenha esclarecido mais do que tem confundido. Além disso, é a minha opinião com base em minhas próprias experiências com DCS e SCADA. Outros podem ter experiência com sistemas que são projetados para fornecer SCADA completo e total funcionalidade DCS no sistema um.[2] IV. CONCLUSÕES Nesse trabalho foi apresentado algumas maneiras claras não só o equipamento SDCD e SCADA, mas principalmente os conceitos nos quais eles se fundamentam, e a partir desse contexto, poder avaliar a eficiência destes sistemas diante das necessidades de controle de processos industriais. O estudo e desenvolvimento de sistemas de controle é de extrema importância para uma boa otimização de processos industriais, tendo em vista que, para um eficiente controle, é necessário um bom domínio de todo o processo a ser automatizado. Os Sistemas SCADA e SDCD são equipamentos de bastante eficientes em controles de processos. Com a comparação dos dois sistemas, da uma ideia de como cada um dos sistemas funcionam e possuem vantagens e desvantagens diferentes. V. REFERÊNCIAS Periódicos: [1] S. k. P. Simon, e M. V. Maria, Complexo eletrônico: Automação do controle industrial. [2] P. G. Ana, S. Marcelo, O que são sistemas supervisórios, RT. 025.04, 10/09/2004 [3] R. M. Antônio, Automação industrial ramo de automação, produção e eletrônica industrial, Faculdade de Engenharia de Porto, maio/2004. [4] Universidade tecnológica federal do Paraná, SDCD Sistema digital de controle distribuído, 2005. [5] http://members.iinet.net.au/~ianw/archive/x4371.htm [6] M. Joao, Automação industrial, Editora Baraúna, 2009. [7] W. Silva, Sistema SCADA supervisório, Instituto federal fluminense , Rio de janeiro, 2008. [8] H. P. Warley, Sistemas digitais de controles distribuídos, ufop, 2009. 8