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SCADA

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SCADA, acrónimo de S upervisory Control and Data A cquisition(Supervisión, Controle e Aquisição de Dados).

Conteúdo

Definição

É uma aplicação de software especialmente desenhada para funcionar sobre computadores (computadores) no controle de produção, proporcionando comunicação com os dispositivos de campo (controladores autónomos) e controlando o processo de forma automática desde o ecrã do computador. Também provee de toda a informação que se gera no processo produtivo a diversos utentes, tanto do mesmo nível como de outros utentes supervisores dentro da empresa (supervisión, controle qualidade, controle de produção, armazenamento de dados, etc.).

A realimentación, também denominada retroalimentación ou feedback é, em uma organização, o processo de compartilhar observações, preocupações e sugestões, com a intenção de recabar informação, a nível individual ou colectivo, para melhorar ou modificar diversos aspectos do funcionamento de uma organização. A realimentación tem que ser bidirecional de modo que a melhora contínua seja possível, no escalafón hierárquico, de acima para abaixo e de abaixo para acima.

Em teoria da cibernética e de controle, a realimentación é um processo pelo que uma verdadeira proporção do sinal de saída de um sistema se redirige de novo à entrada. Isto é de uso frequente para controlar o comportamento dinâmico do sistema. Os exemplos da realimentación podem-se encontrar na maioria dos sistemas complexos, tais como engenharia, arquitectura, economia, e biologia. Arturo Rosenblueth, pesquisador mexicano e médico em cujo seminaro de 1943 fez uma conferência chamada “Behavior, Purpose and Teleology“ ("comportamento, propósito e teleología"), de acordo com Norbert Wiener, fixou as bases para a nova ciência da cibernética e propôs que o comportamento controlado pela realimentación negativa, aplicada a um animal, ao ser humano ou às máquinas era um princípio determinante e director, na natureza ou nas criações humanas. Conteúdo [mostrar]

   * 1 Laço aberto e fechado
   * 2 Visão geral
   * 3 Tipos de realimentación
         ou 3.1 Realimentación negativa
         ou 3.2 Exemplos
         ou 3.3 Realimentación positiva
         ou 3.4 Exemplos
   * 4 Veja-se também

Laço aberto e fechado

Existem dois tipos de sistemas principalmente. Os não realimentados ou de laço aberto e os realimentados ou de laço fechado. Os sistemas de controle realimentados chamam-se de laço fechado. O laço fechado funciona de tal maneira que faz que o sistema se realimente, a saída volta ao princípio para que analise a diferença e em uma segunda opção ajuste mas, assim até que o erro é 0. Qualquer conceito básico que tenha como natureza uma quantidade controlada como por exemplo temperatura, velocidade, pressão, volume, força, posição, e cuplas, etc. são parámetros de controle de laço fechado. Os sistemas de laço aberto não se comparam à variável controlada com uma entrada de referência. A cada ajuste primeiramente determina uma posição de funcionamento fixo nos elementos de controle. Visão geral [editar]

A realimentación é um mecanismo, um processo cujo sinal se move dentro de um sistema, e volta ao princípio deste sistema ela mesma como em um bucle. Este bucle chama-se "bucle de realimentación". Em um sistema de controle, este tem entradas e saídas do sistema; quando parte do sinal de saída do sistema, volta de novo ao sistema como parte de sua entrada, a isto se lhe chama"realimentación" ou retroalimentación.

A realimentación e a autorregulación estão intimamente relacionadas. A realimentación negativa, que é a mais comum, ajuda a manter estabilidade em um sistema apesar das mudanças externas. Relaciona-se com a homeostasis. A realimentación positiva amplifica as possibilidades criativas (evolução, mudança de metas); é a condição necessária para incrementar as mudanças, a evolução, ou o crescimento. Dá ao sistema a capacidade de ter acesso a novos pontos do equilíbrio.

Por exemplo, em um organismo vivo, a mais potente realimentación positiva, é a proporcionada pela autoexcitation rápida de elementos dos sistemas endocrino e nervoso (particularmente, como resposta a condições de estrés) e desempenha um papel dominante na regulação da morfogenesis, do crescimento, e do desenvolvimento dos órgãos. Todos estes processos são com o fim de sair rapidamente do estado inicial. A homeostasis é especialmente visível nos sistemas nervosos e endocrinos quando se considera isto a um nível orgânico. Tipos de realimentación [editar]

   * realimentación negativa: a qual tende a reduzir o sinal de saída ou a reduzir a actividade.
   * realimentación positiva: A qual tende a aumentar o sinal de saída, ou actividade
   * realimentación bipolar: A qual pode aumentar ou diminuir o sinal ou actividade de saída.

A realimentación bipolar está presente a muitos sistemas naturais e humanos. De facto geralmente a realimentación é bipolar isto é, positivo e negativo segundo as condições medioambientales, que, por sua diversidade, produzem respostas sinérgicas e antagónicas como resposta adaptativa de qualquer sistema. Realimentación negativa [editar] Artigo principal: Realimentación negativa

É a mais utilizada em sistemas de controle Diz-se que um sistema está retroalimentado negativamente quando tende a se estabilizar, isto é quando nos vamos acercando à ordem de consigna até chegar a ela. Exemplos [editar]

   * Um automóvel conduzido por uma pessoa em princípio é um sistema realimentado negativamente; já que se a velocidade excede a desejada, como por exemplo em uma baixada, se reduz a pressão sobre o pedal, e se é inferior a ela, como por exemplo em uma subida, aumenta a pressão, aumentando portanto a velocidade do automóvel.
   * Um sistema de calefacção está realimentado negativamente, já que se a temperatura excede a desejada a calefacção apagar-se-á ou baixará de potência, enquanto se não a atinge aumentará de força ou seguirá funcionando.

Realimentación positiva [editar] Artigo principal: Realimentación positiva

É um mecanismo de realimentación pelo qual uma variação na saída produz um efeito dentro do sistema, que reforça essa taxa de mudança. Pelo geral isto faz que o sistema não chegue a um ponto de equilíbrio se não mais bem a um de saturación. É um estimulo constante. Exemplos [editar]

   * Em um sistema electrónico. Os dispositivos semiconductores conduzem melhor a corrente quanto maior seja sua temperatura. Se estes se aquecem em excesso, conduzirão melhor, pelo que a corrente que os atravesse será maior porque seguir-se-ão aquecendo até sua destruição se não se evita com algum outro dispositivo que limite ou impeça o passo de corrente.
   * Se trocamos ligando-se uma caldera (calentador) a um sistema preparado para ar acondicionado (frio), quando a temperatura suba, o sistema tentará a baixar (activar-se-á) a fim de chegar à temperatura de consigna, que é mais baixa, mas acenderá a caldera em lugar do ar acondicionado, pelo que a temperatura subirá ainda mais em vez de se estabilizar, o que voltará a provocar que a caldera segua funcionando a cada vez com mais força.


Compreende todas aquelas soluções de aplicação para referir à captura de informação de um processo ou planta, não necessariamente industrial, para que, com esta informação, seja possível realizar uma série de análise ou estudos com os que se podem obter valiosos indicadores que permitam uma retroalimentación sobre um operador ou sobre o próprio processo, tais como:

Esquema de um sistema típico

SCADA schematic overview-s.svg

Este esquema é um exemplo da aplicação do sistema SCADA em áreas industriais. Estas áreas podem ser:

Definições do Sistema

Supervisión: acto de observar o trabalho ou tarefas de outro (indivíduo ou máquina) que pode não conhecer o tema em profundidade, supervisionar não significa o controle sobre o outro, senão o guiar em um contexto de trabalho, profissional ou pessoal, isto é com fins correctivos e/ou de modificação.

Automática: ciência tecnológica que procura a incorporação de elementos de execução autónoma que emulan o comportamento humano ou inclusive superior.

Principais famílias: autómatas, robôs, controles de movimento, aquisição de dados, visão artificial, etc.

PLC: Programmable Logic Controller, Controlador Lógico Programable.

PAC: Programmable Automation Controller, Controlador de Automação Programable.

Um sistema SCADA inclui um hardware de sinal primeiramente e saída, controladores, interface homem-máquina (HMI), redes, comunicações, banco# de dados e software.

O termo SCADA usualmente refere-se a um sistema central que monitoriza e controla um lugar completo ou uma parte de um lugar que nos interessa controlar (o controle pode ser sobre máquinas em general, depósitos, bombas, etc.) ou finalmente um sistema que se estende sobre uma grande distância (quilómetros / milhas). A maior parte do controle do lugar é em realidade realizada automaticamente por uma Unidade Terminal Remoto (UTR), por um Controlador Lógico Programable (PLC) e mais actualmente por um Controlador Automático Programable (PAC). As funções de controle do servidor estão quase sempre restringidas a reajustes básicos do lugar ou capacidades de nível de supervisión. Por exemplo um PLC pode controlar o fluxo de água fria através de um processo, mas um sistema SCADA pode permitir a um operador mudar o ponto de consigna (set point) de controle para o fluxo, e permitirá gravar e mostrar qualquer condição de alarme como a perda de um fluxo ou uma alta temperatura. A realimentación do laço de controle é fechada através do RTU ou o PLC; o sistema SCADA monitoriza o desempenho geral de dito laço. O sistema SCADA também pode mostrar gráficas com históricos, tabelas com alarmes e eventos, permissões e acessos dos utentes...

Necessidades da supervisión de processos:

- Limitações da visualização dos sistemas de aquisição e controle.

- Controle software. Fechamento de laço do controle.

- Recolher, armazenar e visualizar a informação.

Interface humano-máquina

Uma interface Homem - Máquina ou HMI ("Human Machine Interface") é o aparelho que apresenta os dados a um operador (humano) e através do qual este controla o processo.

Os sistemas HMI podemos pensá-los como uma "janela de um processo". Esta janela pode estar em dispositivos especiais como painéis de operador ou em um computador. Os sistemas HMI em computadores conhece-lhos também como software HMI ou de monitorización e controle de supervisión. Os sinais do processo são conduzidas ao HMI por médio de dispositivos como cartões primeiramente/saída no computador, PLC's (Controladores lógicos programables), PACs (Controlador de automação programable ), RTU (Unidades remotas de I/Ou) ou DRIVER's (Variadores de velocidade de motores). Todos estes dispositivos devem ter uma comunicação que entenda o HMI.

A indústria de HMI nasceu essencialmente da necessidade de estandarizar a maneira de monitorizar e de controlar múltiplos sistemas remotos, PLCs e outros mecanismos de controle. Ainda que um PLC realiza automaticamente um controle pré-programado sobre um processo, normalmente distribuem-se ao longo de toda a planta, fazendo difícil recolher os dados de maneira manual, os sistemas SCADA o fazem de maneira automática. Historicamente os PLC não têm uma maneira regular de apresentar a informação ao operador. A obtenção dos dados pelo sistema SCADA parte desde o PLC ou desde outros controladores e realiza-se por médio de algum tipo de rede, posteriormente esta informação é combinada e formatada. Um HMI pode ter também vínculos com um banco para proporcionar as tendências, os dados de diagnóstico e manejo da informação bem como um cronograma de procedimentos de manutenção, informação logística, esquemas detalhados para um sensor ou máquina em particular, inclusive sistemas experientes com guia de resolução de problemas. Desde cerca de 1998, virtualmente todos os produtores principais de PLC oferecem integração com sistemas HMI/SCADA, muitos deles usam protocolos de comunicações abertos e não proprietários. Numerosos pacotes de HMI/SCADA de terceiros oferecem compatibilidade incorporada com a maioria de PLCs, incluindo a entrada ao mercado de engenheiros mecânicos, eléctricos e técnicos para configurar estas interfaces por si mesmos, sem a necessidade de um programa feito sob medida escrito por um programador de software.

SCADA é popular devido a esta compatibilidade e segurança. Esta se usa desde aplicações pequenas, como controladores de temperatura em um espaço, até aplicações muito grandes como o controle de plantas nucleares.

Soluções de Hardware

A solução de SCADA com frequência tem componentes de sistemas de controle distribuído, DCS (Distribuited Controle System). O uso de RTUs ou PLCs ou ultimamente PACs sem envolver computadores mestres está a aumentar, os quais são autónomos executando processos de lógica simples. Frequentemente usa-se uma linguagem de programação funcional para criar programas que corram nestes RTUs e PLCs, sempre seguindo os estándares da norma IEC 61131-3. A complexidade e a natureza deste tipo de programação faz que os programadores precisem certa especialização e conhecimento sobre os actuadores que vão programar. Ainda que a programação destes elementos é ligeiramente diferente à programação tradicional, também se usam linguagens que estabelecem procedimentos, como podem ser FORTRAN, C ou Ada95. Isto lhes permite aos engenheiros de sistemas SCADA implementar programas para ser executados em RTUs ou um PLCs.

Componentes do sistema

Os três componentes de um sistema SCADA são:

  1. Múltiplas Unidades de Terminal Remota (também conhecida como UTR, RTU ou Estações Externas).
  2. Estação Mestre e Computador com HMI.
  3. Infra-estrutura de Comunicação.

Unidade de Terminal Remota (UTR)

A UTR liga-se à equipa fisicamente e lê os dados de estado como os estados aberto/fechado desde uma válvula ou um interruptor, lê as medidas como pressão, fluxo, voltaje ou corrente. Pela equipa o UTR pode enviar sinais que podem o controlar: abrí-lo, fechá-lo, trocar a válvula ou configurar a velocidade da bomba, pô-la em marcha, pará-la.

A UTR pode ler o estado dos dados digitais ou medidas de dados analógicos e envia comandos digitais de saída ou pontos de ajuste analógicos.

Uma das partes mais importantes da implementação de SCADA são os alarmes. Um alarme é um ponto de estado digital que tem a cada valor NORMAL ou ALARME. O alarme pode-se criar na cada passo que os requerimientos o precisem. Um exemplo de um alarme é a luz de tanque de combustível vazio"do automóvel. O operador de SCADA põe atenção à parte do sistema que o requeira, pelo alarme. Podem enviar-se por correio electrónico ou mensagens de texto com a activação de um alarme, alertando ao administrador ou inclusive ao operador de SCADA.

Estação Mestre

O termino Estação Mestre" refere-se aos servidores e ao software responsável para comunicar com a equipa do campo (UTRs, PLCs, etc) nestes se encontra o software HMI correndo para as estações de trabalho no quarto de controle, ou em qualquer outro lado. Em um sistema SCADA pequeno, a estação mestre pode estar em um sozinho computador, A grande escala, nos sistemas SCADA a estação mestre pode incluir muitos servidores, aplicações de software distribuído, e lugares de recuperação de desastres.

O sistema SCADA usualmente apresenta a informação ao pessoal operativo de maneira gráfica, em forma de um diagrama de representação. Isto significa que o operador pode ver um esquema que representa a planta que está a ser controlada. Por exemplo um desenho de uma bomba conectada ao encanamento pode mostrar ao operador quanto fluído está a ser bombeado desde a bomba através do encanamento em um momento dado ou bem o nível de líquido de um tanque ou se a válvula está aberta ou fechada. Os diagramas de representação pode consistir em gráficos de linhas e símbolos esquemáticos para representar os elementos do processo, ou podem consistir em fotografias digitais das equipas sobre os quais se animam as sequências.

Os blocos software de um SCADA (módulos), permitem actividades de aquisição, supervisión e controle.

Características

O pacote HMI para o sistema SCADA tipicamente inclui um programa de desenho com o qual os operadores ou o pessoal de manutenção do sistema podem mudar a aparência da interface. Estas representações podem ser tão simples como umas luzes de tráfico em ecrã, as quais representam o estado actual de um campo no tráfico actual, ou tão complexas como um ecrã de multiproyector representando posições de todos os elevadores em um rascacielos ou todos os comboios de uma via férrea. Plataformas abertas como GNU/Linux que não eram amplamente usados inicialmente, se usam devido ao ambiente de desenvolvimento altamente dinâmico e porque um cliente que tem a capacidade de acomodar no campo do hardware e mecanismos a ser controlados que usualmente se vendem UNIX ou com licenças OpenVMS. Hoje todos os grandes sistemas são usados nos servidores da estação mestre bem como nas estações de trabalho HMI.

Filosofia Operacional

Em vez de confiar na intervenção do operador ou na automação da estação mestre os RTU podem agora ser requeridos para operar eles mesmos, realizando seu próprio controle sobretudo por temas de segurança. O software da estação mestre requer fazer mais análise de dados dantes de ser apresentados aos operadores, incluindo análise históricos e análises associadas com os requerimientos da indústria particular. Os requerimientos de segurança estão a ser aplicados nos sistemas como um todo e inclusive o software da estação mestre deve implementar os estándares mais fortes de segurança em certos mercados.

Para algumas instalações, os custos que podem derivar das falhas de um sistema de controle é extremamente alto, é possível inclusive tenha risco de ferir as pessoas. O hardware do sistema SCADA é geralmente o suficientemente robusto para resistir condições de temperatura, humidade, vibração e voltajes extremos mas nestas instalações é comum aumentar a confiabilidade mediante hardware redundante e vários canais de comunicação. Uma parte que falha pode ser facilmente identificada e sua funcionalidade pode ser automaticamente desenvolvida por um hardware de backup. Uma parte que falhe pode ser substituída sem interromper o processo. A confiança na cada sistema pode ser calculado estatisticamente e este estado é o significado de tempo médio entre falhas, o qual é uma variável que acumula tempos entre falhas. O resultado calculado significa que o tempo médio entre falhas de sistemas de alta confiabilidade pode ser de séculos.

Infra-estrutura e Métodos de Comunicação

Os sistemas SCADA têm tradicionalmente uma combinação de rádios e sinais directos seriales ou conexões de módem para conhecer os requerimientos de comunicações, inclusive Ethernet e IP sobre SONET (fibra óptica) é também frequentemente usada em lugares muito grandes como caminhos-de-ferro e estações de energia eléctrica. É mais, os métodos de conexão entre sistemas pode inclusive que seja através de comunicação wireless (por exemplo se queremos enviar o sinal a uma PDA, a um telefone móvel,...) e assim não ter que empregar cabos.

Para que a instalação de um SCADA seja perfeitamente aproveitada, deve de cumprir vários objectivos:

  1. Devem ser sistemas de arquitectura aberta (capazes de adaptar segundo as necessidades da empresa).
  2. Devem comunicar-se com facilidade ao utente com a equipa de planta e resto da empresa (redes locais e de gestão).
  3. Devem ser programas singelos de instalar, sem excessivas exigências de hardware. Também têm que ser de utilização fácil.

Aplicações SCADA

Para desenvolver um sistema SCADA é necessário um IDE no qual desenhar, entre outras coisas:

Por conseguinte, uma das soluções no controle SCADA é utilizar a aplicação criada junto com um programa para monitorizar, controlar e automatizar sinais analógicas e digitais, capturadas através de cartões de aquisição de dados. Um dos programas mais utilizados para este fim é o LabView (National Instruments).

Exemplo prático de um sistema SCADA para principiantes no tema

Um SCADA serve para supervisionar e seu principal objectivo é mesurar com a finalidade de corrigir.

Temos um processo químico, que pode ser desde uma fábrica de gelatina, a uma de antibióticos... que queremos supervisionar. O que poremos na planta de produção serão PLC, PC, HMI... isto é um sistema operativo. Os dados obtidos por estes hardwares industriais são transportados através de um autocarro ou vários autocarros a um servidor (server), que é o supervisor, o que controla, mediante o mencionado SCADA. Este envio de dados pode-se fazer através de ethernet, por exemplo.

O servidor, a seu tempo, manda os dados a um banco com a finalidade de armazenar a informação (para trabalhar com ela, criar históricos de erros ou alarmes...). Este banco# de dados pode estar integrado dentro do disco duro do próprio servidor. Também é possível que o servidor mande a informação a outro PC, PDA, Telf, internet.... isto é, transmita a informação a outros sistemas operativos, nos quais os clientes, accionistas, chefes, supervisores... podem aceder à informação.

Enlaces externos

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