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bom!!!Programa scada
Tipologia: Notas de estudo
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Setembro, 2007.
Monografia apresentada ao Curso de Engenharia de Controle e Automação da Universidade Federal de Ouro Preto como parte dos requisitos para obtenção de Grau em Engenheiro de Controle e Automação.
Orientador: Prof. Dr. Carlos Frederico M. C. Cavalcanti DECOM/UFOP
Co-Orientadora: Prof(a). Silvia Graziella Moreira Almeida CODAINST/CEFET-OP
Ouro Preto Escola de Minas - UFOP Setembro / 2007
Dedico este trabalho aos meus pais e irmãos pelo apoio incondicional e por fazer persistir nas batalhas
À Universidade Federal de Ouro Preto. Ao Prof. Carlos Frederico M. C. C. pela orientação e incentivo. Ao CEFET –OP. Aos Professores Silvia Graziela e Paulo R. Pinto. pelo acolhimento. Aos colegas de Curso. A todos que contribuíram para a realização deste trabalho.
viii -
I. INTRODUÇÃO................................................................................................................... ABSTRACT......................................................................................................................... xii
II. SISTEMAS DE SUPERVISÃO E AQUISIÇÃO DE DADOS (SCADA)........................
III. SUPERVISÓRIOS.......................................................................................................... - 3.1. Introdução .............................................................................................................. - 3.2. Funcionalidades e Planejamentos do Sistema Supervisório. ................................. - 3.2.1. Conhecimento do Processo................................................................................. - 3.2.2. Tomadas de Dados.............................................................................................. - 3.2.3. Banco de Dados .................................................................................................. - 3.2.4. Alarmes............................................................................................................... - 3.2.5. Visualização de Históricos.................................................................................. - 3.2.6. Hierarquia de Navegação entre Telas ................................................................. - 3.2.7. Criação de Telas.................................................................................................. - 3.2.8. Segurança do Sistema .........................................................................................
IV. SOFTWARE ELIPSE..................................................................................................... - vii -
V. AUTOMAÇÃO PREDIAL E RESIDENCIAL ...............................................................
VI. ESTUDO DE CASO ......................................................................................................
VII. CONCLUSÕES E TRABALHOS FUTUROS .............................................................
VIII. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS.........................................................................
CASO.................................................................................................................................... ANEXO A: TELAS DESENVOLVIDAS NO ELIPSE E UTILIZADAS NO ESTUDO DE
Figura 2.1 - Exemplo de um sistema SCADA........................................................................ LISTA DE FIGURAS
Figura 2.2 - Esquema básico de aquisição de dados...............................................................
Figura 2.3 - Sensores ..............................................................................................................
Figura 2.4 - Sinal com ruidos..................................................................................................
Figura 2.5 - Condicionamento de sinais .................................................................................
Figura 2.6 - Exemplo do PLC S7- 300 da Siemens. ...............................................................
Figura 2.7 - Exemplo de um software de aquisição de dados...............................................
Figura 2.8 - Arquitetura simplificada de um sistema SCADA. ............................................
Figura 6.1 - Tela Principal – Automação Residencial ..........................................................
Figura 6.2 - Organizer...........................................................................................................
Figura 6.3 - Ferramentas Objetos .........................................................................................
Figura 6.4 - Configurando tag para trocar informações via Freeport ...................................
Figura 6.5 - Programa KEPserverEx ....................................................................................
Figura 6.6 - Interface do programa STEP 7 Micro/Win. ......................................................
Figura 6.7 - Comunicação.....................................................................................................
Figura A.1 – Tela de Abertura ..............................................................................................
Figura A.2 - Tela de Alarme.................................................................................................
Figura A.3 - Tela de Tendências...........................................................................................
Figura A.4 - Tela de Vídeo ...................................................................................................
Figura A.5 - Tela de Históricos ............................................................................................
Figura A.6 - Tela Principal ...................................................................................................
Figura A.7 - Tela de Nível ....................................................................................................
SCADA ( Supervisory and Control Data Acquisition ) - Controle e Aquisição de Dados Supervisórios.
PLC ( Programmable Logic Control ) - Controlador Lógico Programável.
RTU ( Remote Terminal Unit ) - Unidade Terminal Remota.
ADC ( Analog-to-Digital Converter ) - Conversor Analógico-Digital.
DAC ( Digital-to-Analog Converter) - Conversor Digital-Analógico.
HMI ( Human machine Interface ) - Interface Homen Máquina.
OPC ( OLE for Process Control ) - OLE para Controle de Processo.
PID ( Proportional-Integral-Derivative ) - Proporcional-Integral-Derivativo.
ODBC ( Open Database Connectivity ) - Conectividade Aberta de Banco de Dados.
DDE ( Dynamic Data Exchange ) - Intercâmbio Dinâmico de Dados.
MMI ( Man machine Interface ) - Interface Máquina Homen.
DAO ( Data Access Objects ) - Objetos de Acesso a Dados.
IDE ( Integrated Development Environment ) - Ambiente de Desenvolvimento Integrado.
Este trabalho apresenta os sistemas SCADAs ( Supervisory Control and Data Aquisition ) e a sua utilização na automação predial e residencial. Após a consolidação do uso do SCADA no setor industrial, os sistemas de controle e aquisição de dados passaram a ser aplicados nas áreas prediais e residenciais. No estudo de caso deste trabalho utilizou-se as ferramentas do software de supervisão Elipse, fazendo o monitoramento e controle de um espaço residencial. A metodologia utilizada foi o estudo do Elipse e a verificação do contexto em que ele estava inserido. Fez-se uma análise e verificação de cada conceito e, a partir daí, foi desenvolvido uma aplicação no software Elipse que simula, controla e monitora variáveis desejadas. Como resultado, foi desenvolvido um sistema permitindo através desta aplicação, uma melhor compreensão das principais ferramentas existentes em sistemas SCADAs, fazendo a integração e controle de equipamentos e variáveis. Ao final foi apresentado um estudo de caso capaz de fornecer uma visão global de como o controle e integração de processos são feitos.
Palavras-Chave: SCADA, Elipse, predial, residencial, supervisório e controle.
Quando se trabalha com sistemas automatizados complexos, surge a necessidade de se criar uma interface que facilite o monitoramento da planta supervisionada. Pela quantidade de variáveis monitoradas por estes tipos de sistemas, surgiu a necessidade de criação de tarefas dinâmicas, amigáveis e ergonomicamente eficientes, que são atendidas por sistemas denominados supervisórios [SEIXAS FILHO, 1999]. Os sistemas supervisórios estão inseridos em um contexto mais amplo, o sistema de controle e aquisição de dados SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition ). Esses sistemas apresentam as funções de captar e armazenar os dados recolhidos pelos equipamentos de campo e, a partir daí, fazer o monitoramento e controle das variáveis desejadas. Ele é composto pela parte física do processo ( hardware ) e pela parte de programação ( software ). A parte física do sistema de aquisição de dados engloba desde sensores e transdutores até a parte em que o sinal é convertido e processado para que possa ser utilizado pelo software supervisório. A aquisição de dados via hardware, juntamente com a parte de software , constitui-se em um completo sistema de controle e aquisição de dados. Esses softwares analisam, armazenam e expõe as informações necessárias para controle de todo o processo. Como tema principal desse trabalho, aborda-se neste estudo os softwares SCADAs ( Supervisory Control and Data Acquisition ), e mais especificamente o Elipse Scada [ELIPSE, 2007].
1.1. Objetivo
Esse trabalho tem como objetivo o estudo dos softwares SCADAs ( Supervisory Control and Data Acquisition ), a automação predial e residencial apresentando uma literatura do seu funcionamento, suas áreas de aplicações e um estudo de caso utilizando o software Elipse, mostrando suas ferramentas e seu potencial de aplicações.
1.2. Metodologia
Inicialmente, foi feito uma pesquisa nas áreas de sistemas de aquisição de dados e automação predial para uma melhor contextualização do assunto. Coletada as informações, estudou-se o funcionamento do software Elipse SCADA, com o objetivo da aplicação de suas principais ferramentas. O trabalho prático foi desenvolvido na área de automação residencial por ser uma área de grande tendência de crescimento e com alta variabilidade de aplicações. Para a escolha do software Elipse fazendo o controle de dispositivos prediais, consideraram-se fatores como: genuinamente brasileiro, mundialmente conhecido, apresenta grande número de aplicações, acesso a equipamentos, disponibilidade no mercado, dentre outros. O software utilizado fez aquisições de controle de dados captados no campo de trabalho e simulou variáveis, servindo como interface entre o mundo analógico e o mundo digital demonstrando o potencial de suas ferramentas. Para uma maior abrangência foram também considerados manuais e tutoriais disponíveis no site do fabricante. Após a obtenção dos dados foi desenvolvido uma aplicação aplicada com o objetivo de mostrar as ferramentas do programa supervisório Elipse Scada e seu uso na automação residencial.
1.3. Estrutura do trabalho
Nos capítulos 1 e 2 são apresentados os conceitos dos sistemas de automação, fazendo uma abordagem sobre sistemas SCADA e supervisórios. No capítulo 3 é realizada uma abordagem especifica do software supervisório utilizado, mostrando suas ferramentas e aplicações. No capítulo 4 é apresentado o Elipse Scada. No capítulo 5 é apresentada a área de automação predial e residencial através de definições, aplicações e tendências, analisando profundamente seus conceitos.
2.1. Definição
A aquisição de dados em um sistema de automação transforma fenômenos físicos do mundo real em sinais elétricos que são medidos e convertidos em sinas digitais para que possam ser processados, analisados e manipulados por computadores. Nessa fase, são utilizados computadores com interface gráfica apurada, comum dos computadores do início do século que com softwares adequados, possibilitam o monitoramento e supervisão de um conjunto de dispositivos e variáveis de uma planta relativamente complexa. Os sistemas de aquisição e controle de dados (SCADAs – Supervisory Control and Data Acquisition ) são de importância estratégica já que são adotados na maioria das indústrias que compõem a infra-estrutura de um país. As aplicações da tecnologia SCADA alcançam praticamente todo o espectro do setor produtivo. Para exemplificar, esses sistemas são utilizados na indústria química, petroquímica e de cimento, indústria alimentícia, na produção e na distribuição de energia elétrica, no controle de água, no controle de oleodutos, gasodutos, centrais nucleares, edifícios inteligentes e tráfego. Na maioria de suas aplicações, os sistemas de aquisições de dados são designados não só para adquirir dados, mas também para também atuar sobre esses. Na figura 2.1, tem-se um exemplo prático do uso de um SCADA onde o Controlador Lógico Programável (PLC -Programmable Logic Controller ) controla o fluxo de água refrigerado que faz parte de um processo industrial. O SCADA possibilita que um operador mude o ponto ajustado do controle para este fluxo, permitindo a gravação e indicação de todas as condições de alarme, tais como a perda do fluxo ou da alta temperatura. A válvula de controle é fechada pela unidade remota de controle (RTU – Remote terminal Unit ) ou do PLC; O sistema de SCADA, então, monitora o desempenho total desse processo [PARK & MACKAY, 2003].
O sistema SCADA ler a medida do nível e do fluxo, e envia o valor desejado para o PLC.
Figura 2.1 - Exemplo de um sistema SCADA
O PLC1 compara o valor do fluxo medido com o desejado, e age controlando a velocidade da bomba.
O PLC2 compara o valor medido do nível com o valor desejado, e age controlando o fluxo através
2.2. Fundamentos da Aquisição de Dados
O sistema de controle e aquisição de dados depende do poder de processamento e da flexibilidade do computador podendo ser constituído de uma variedade de hardwares. A tarefa do sistema é integrar esses componentes, fazendo com que eles transformem-se em um único sistema de trabalho [PARK & MACKAY, 2003]. O diagrama funcional da figura 2.2 mostra os componentes básicos destes sistemas compostos por:
2.2.2. Redes de comunicação
As redes de comunicação representam a conexão física de um sensor ou transdutor para o hardware de condicionamento de sinais. Quando o sinal é recolhido no campo, ele fica muito susceptível aos efeitos ruídos externos, especialmente em ambiente industrial, (Figura 2.4). Nesses casos, um correto planejamento das instalações e o uso de tecnologias corretas são importantes para reduzir os ruídos no sinal, evitando assim uma falha de comunicacão do processo.
Figura 2.4 - Sinal com ruidos
2.2.3. Condicionamento de Sinais
Os sinais elétricos gerados pelos transdutores frequentemente precisam ser convertidos para uma forma que possa ser aceita pelo hardware de aquisição. Por isto usam-se os condicionadores de sinais que são circuitos eletrônicos que adequam os sinais analógicos para a conversão digital [PARK & MACKAY, 2003]. Os principais circuitos em condicionadores de sinais são:
a) Filtros
Ambientes com ruídos não são propícios para os pequenos sinais recebidos por sensores como os termopares, onde o ruído tem a mesma ou superior magnitude que a magnitude do sinal a ser medido. Assim, primeiramente o ruído deve ser retirado desse sinal. Os equipamentos de condicionadores de sinais frequentemente contêm filtros Passa Baixas que tem como finalidade eliminar as altas freqüências dos ruídos. Isto evita que o ruído danifique o sinal proveniente dos sensores [PARK & MACKAY, 2003].
b) Amplificadores Filtrado o sinal de entrada, o mesmo poderá necessitar de amplificação para melhorar a sua resolução. A resolução máxima é obtida amplificando o sinal de entrada de modo que o balanço máximo da tensão do sinal de entrada se iguale a escala de entrada do Conversor A/D, contido dentro do sistema de aquisição de dados.
c) Linearizadores Muitos sensores e transdutores apresentam uma relação não linear com a quantidade física medida. O método de linearização desses sinais de entrada varia entre os produtos dos condicionadores de sinais e de acordo com suas aplicações.
d) Isoladores Equipamentos de condicionadores de sinais podem também ser utilizados para fornecer isolamento aos sinais de transdutores vindo de computadores, onde existe a possibilidade de alta tensão. Isto ocorre dentro de um sistema monitorado devido a uma falha de descarga eletrostática ou elétrica.
e) Excitadores Os condicionadores de sinais também fornecem excitação para alguns transdutores. Por exemplo, os termistores que requer tensão externa ou sinais de excitação, (Figura 2.5).
