AULA 01 – SISTEMAS SUPERVISÓRIOS E INTERFACE HOMEM MÁQUINA (IHM)
Automação de Sistemas – Eng. Mecatrônica Profa. Priscilla Juá –
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Pirâmide da Automação 2
Pirâmide da Automação 2
1. Introdução 3
Sist Sistem emas as Supe Supervis rvisór ório ioss são são sist sistem emas as digi digita tais is de monitoração e operação da planta que gerenciam variáveis de processo. Estas são atualizadas continuamente e podem ser guardadas em banco de dados locais ou remotos para fins de registro histórico.
1. Introdução 4
Um sistema de supervisão é responsável pelo monitoramento de variáveis de controle do sistema, com o objetivo principal de fornecer subsídios ao operador (homem-máquina) para controlar ou monitorar um processo automatizado mais rapidamente, permitindo a leitura das variáveis em tempo real e o gerenciamento e controle do processo automatizado.
Onde estão os sistemas Supervisórios na Automação? 5
1. Introdução 6
Exemplo: imagine um circuito elétrico hipotético constituído de um interruptor e uma lâmpada piloto situada a 500 metros de distância
1. Introdução 7
Estando o operador junto à lâmpada, esse circuito permite acompanhar a abertura ou o fechamento dos sensores e atuadores, instantaneamente, no processo industrial
Imagine agora 2000 circuitos destes... 8
Painéis de sinóticos
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Painéis de sinóticos 10
1. Introdução 11
No caso de haver muitos circuitos desses, onde seja preciso realizar a supervisão com a finalidade de sinalização da planta, é necessário que haja um processamento bastante rápido e em tempo real.
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1. Introdução 13
Os sistemas supervisórios podem ser classificados basicamente quanto a complexidade, robustez e número de entradas e saídas monitoradas. Os dois grandes grupos são IHM / HMI (Interface Homem-Máquina / Human Machine Interface) SCADA (Aquisição de Dados e Controle do Supervisório)
1.1 IHM - Interface Homem máquina 14
1.1 IHM - Interface Homem máquina 15
Uma IHM é um hardware industrial composto normalmente por uma tela de cristal líquido e um conjunto de teclas para navegação ou inserção de dados que utiliza um software proprietário para sua programação.
São sistemas normalmente utilizados em automação no chão de fábrica, geralmente, caracterizado por um ambiente agressivo.
1.1 IHM - Interface Homem máquina 16
Converte
a linguagem de baixo nível em imagem, e os comandos do operador para o acionamento do equipamento.
Construção
robusta e grau de proteção (IP) conforme necessidade do ambiente.
É
constituída por uma CPU, um display e um tipo de teclado (teclas ou touch screen).
Várias
aplicações: desde máq. lavar pratos até painéis de aeronaves.
1.1 IHM - Interface Homem máquina 17
1.1 IHM - Interface Homem máquina 18
Somente recebe e envia sinais aos CLPs Não guarda informações Pode ser desconectada, sem prejuízo.
1.1 IHM - Interface Homem máquina 19
Inteligentes, incorpora incorporando ndo CLP. CLP.
1.1 IHM - Interface Homem máquina 20
Instalação próxima a linha de produção. Indicando sinais do CLP de forma gráfica, ou mensagens de texto. Controle da planta sempre feito pelo CLP.
1.1 IHM - Interface Homem máquina 21
O desenvolvimento das IHMs, com visores alfanuméricos, teclados de funções e comunicação serial (no lugar dos painéis de sinóticos), trouxe consigo os seguintes benefícios: Economia de fiação e acessórios; Redução da mão de obra para montagem; Eliminação física do painel de sinótico; Aumento da capacidade de comando e controle; Maior flexibilidade frente a alterações necessárias no campo; Operação amigável; Fácil programação e manutenção.
1.1 IHM - Interface Homem máquina 22
Há várias aplicações e utilizações para uma IHM: Visualização de alarmes e dados; Alteração de parâmetros do processo; Alteração de configurações de equipamentos; Operação em modo manual de componentes da máquina.
1.1 IHM - Interface Homem máquina 23
Em máquina automatizadas com o emprego de CNC (Comando Numérico Computadorizado) é imprescindível o uso de IHMs dedicadas, pois existe uma necessidade real de que o operador interaja com a máquina diretamente nas seguintes situações: Referenciamento dos eixos; Ajuste de ferramentas; Carga de programa de uma peça a ser usinada; Visualização de alarmes; Ajuste de velocidades; Realização de movimentos manuais, etc.
Evolução das IHM s �
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1.2 Sistema de Supervisão e Aquisição de Dados (SCADA) 25
Os sistemas de supervisão e controle comumente chamados de sistemas SCADA são sistemas configuráveis, destinados à supervisão, ao controle e à aquisição de dados de plantas industriais, apresentando custo menor que os SDCD (Sistemas Digitais de Controle Distribuído) e, por essa razão, sendo muito populares nas indústrias.
1.2 Sistema de Supervisão e Aquisição de Dados (SCADA) 26
1.2 Sistema de Supervisão e Aquisição de Dados (SCADA) 27
Um sistema SCADA permite a um operador, em uma localização central, controlar um processo distribuído em lugares distantes, como, óleo ou gás natural, sistemas de saneamento, ou complexos hidroelétricos, fazer set-point ou controlar processos distantes, abrir ou fechar válvulas ou chaves, monitorar alarmes, e armazenar informações de processo.
1.2 Sistema de Supervisão e Aquisição de Dados (SCADA) 28
A interação do operador com o processo é garantida através de interfaces gráficas que permitem uma interação amigável. A base de hardware pode ser um PC comum, que facilita e otimiza os custos com hardware.
1.2 Sistema de Supervisão e Aquisição de Dados (SCADA) 29
Esses sistemas possibilitam configurar os arquivos de alarmes e eventos, além de relatórios e interfaces para controle de receitas e funções avançadas através da escrita de scripts, que são trechos de programas que permitem ampliar as funcionalidades inerentes do produto.
1.2 Sistema de Supervisão e Aquisição de Dados (SCADA) 30
Sistema SCADA fazendo a aquisição de dados de 4 CLPs
1.2 Sistema de Supervisão e Aquisição de Dados (SCADA) 31
Funções básicas de um supervisório:
Aquisição de dados Retirada de informações do processo através da conexão que o computador tem com o CLP, controlador do processo. Gerenciamento de dados Apresentação, em tempo real de execução, dos dados do processo (telas, relatórios, históricos, etc.)
1.2 Sistema de Supervisão e Aquisição de Dados (SCADA) 32
Comunicação entre Supervisório e CLP:
Hardware: É
utilizada uma via de comunicação, que pode ser uma porta serial, uma placa de rede, etc.
Software: Para
comunicação é necessário que o driver do equipamento esteja sendo executado simultaneamente com o supervisório.
1.2 Sistema de Supervisão e Aquisição de Dados (SCADA) 33
O driver é um software responsável pela comunicação, ele possui o protocolo de comunicação do equipamento. Um dos grandes problemas de se interfacear equipamentos e sistemas no chão de fábrica reside em se compatibilizar os protocolos da camada de aplicação.
1.2 Sistema de Supervisão e Aquisição de Dados (SCADA) 34
1.2 Sistema de Supervisão e Aquisição de Dados (SCADA) 35
Benefícios: Informações instantâneas Redução no tempo de produção Redução de custos de produção Precisão das informações Detecção de falhas Aumento da qualidade Aumento da produtividade
1.2 Sistema de Supervisão e Aquisição de Dados (SCADA) 36
Componentes do Sist. Supervisório TAGs Telas Alarmes Receitas Históricos Usuários
1.2 Sistema de Supervisão e Aquisição de Dados (SCADA) 37
Enviando e recebendo sinais ao CLP:
TAG Mensagens digitais entre SCADA e CLP Informações que estão nos endereços de memória do CLP
1.2 Sistema de Supervisão e Aquisição de Dados (SCADA) 38
A grande maioria dos supervisórios utilizados é proprietário, logo deve-se pagar pela licença de uso. Forma de proteção do fabricante do software IHM:
Chave de Hardware (hardkey) - cada chave está associada a um único número de série. A chave é instalada na porta paralela do micro (não interfere nas operações com a impressora) ou porta USB.
1.2 Sistema de Supervisão e Aquisição de Dados (SCADA) 39
Forma de proteção do fabricante do software IHM:
Chave de Software (softkey) – normalmente estas chaves são associadas a uma característica do PC como MAC da interface de rede, serial do HD ou serial do processador.
1.2 Sistema de Supervisão e Aquisição de Dados (SCADA) 40
Quando a licença não é adquirida, normalmente os softwares de supervisão possuem um modo demonstrativo com algumas limitações. Exemplos de limitações: Número máximo de janelas, número máximo de tags, tempo máximo em “Run”. Esta é uma forma marketing do fabricante do software de supervisão.
1.2.3 Supervisão através da Internet 41
Um recurso muito importante, para uma supervisão de caráter não-crítico, é disponibilizar parte dos dados do sistema supervisório por Intranet ou por Internet.
1.2.3 Supervisão através da Internet 42
1.2.3 Supervisão através da Internet 43
O usuário pode analisar esses dados on-line através de um browser como o Internet EXplorer® ou Netscape®. Os sistemas permitem troca bidirecional de informações entre o chão de fábrica e os sistemas de operação e gerenciamento de processos.
1.2.3 Supervisão através da Internet 44
O browser comunica-se com o servidor Web através do protocolo HTTP. Após o envio do pedido referente à operação, o browser recebe a resposta na forma de uma página HTML.
2. Tipos de Operação dos sistemas SCADA 45
Modo de desenvolvimento Desenvolvimento das telas Elaboração dos desenhos Configuração de drivers Definição das TAGs
Modo de execução Onde roda a aplicação desenvolvida Onde opera a planta ou equipamento. Tempo real.
3. Planejamento de um sistema supervisório 46
Recomenda-se as 9 etapas seguintes desenvolvimento dos sistemas supervisórios: 1. 2. 3. 4.
Entendimento do processo a ser automatizado Variáveis do processo Planejamento da base de dados Planejamento de alarmes
no
3. Planejamento de um sistema supervisório 47
Recomenda-se as 9 etapas seguintes desenvolvimento dos sistemas supervisórios: 5.
6. 7. 8. 9.
no
Planejamento da hierarquia de navegação entre telas Desenho de telas Gráfico de tendências Planejamento do sistema de segurança Padrão Industrial de desenvolvimento.
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3.1 Etapa 1 - Entendimento do Processo
Reunião de informações oriundas de várias fontes O que deve ser feito? Conversar com operadores do sistema atual, especialistas no processo. (Registrar as informações por escrito); Conversar com Gerência e corpo administrativo; Quebrar o processo em etapas; Determinar as variáveis do processo que precisam ser monitoradas; Definir tipo de comunicação a ser utilizada.
3.1 Etapa 2 – Variáveis do processo 49
Escolher para apresentação apenas dados essenciais. Definir um número máximo Preocupação com o tráfego de dados
3.1 Etapa 3 – Banco de dados 50
Sistemas de médio e grande porte. Informações necessárias Fluxos dos processos Lista de endereços do CLP Lista de alarmes Desenvolver um sistema de nomes de variáveis.
3.1 Etapa 4 - Alarmes 51
Estabelecer definições com a aprovação do responsável técnico Condições de acionamento dos alarmes Escolha e notificação de operadores Envio de mensagens Providencia de ações
3.1 Etapa 4 - Alarmes 52
Função dos alarmes Chamar a atenção do operador Sinalizar um objeto atingido Fornecer indicação global do processo Alarmes Normais ou pré-alarmes Sem necessidade de intervenção Não implica em situação perigosa
3.1 Etapa 4 - Alarmes 53
Intervenção em face de alarmes Sem carga adicional ao operador Tipos de intervenção Supressão do sinal sonoro Intervenção direta na tela Aceitação do alarme Não reconhecimento por parte do operador.
3.1 Etapa 5 – Hierarquia de navegação das telas 54
Boa organização torna o sistema claro e condizente com a realidade
Telas de operação Modo manual Modo automático
Telas de supervisão Telas de parametrização Telas de manutenção.
3.1 Etapa 6 – Desenho de telas 55
Consistência Símbolos e cores Nomes de botões Botões no mesmo local em todas as telas
Clareza de entendimento
Padronização de símbolos e nomes
3.1 Etapa 7 – Gráfico de tendências 56
Levantar quais as variáveis devem ser plotadas Tempo real Históricos
3.1 Etapa 8 – Acesso e segurança 57
Quem deve acessar o sistema?
Quais telas devem ser protegidas?
3.1 Etapa 9 – Padrão Industrial 58
Hoje em dia o que predomina em sistemas supervisórios é o padrão Windows®, baseado no padrão Microsoft® de interface homem-máquina, o qual possibilita redução no tempo de aprendizagem se o operador estiver familiarizado com outras aplicações Microsoft® e seu ambiente de trabalho.
4. Exemplo de produtos 59
IGSS ELIPSE LABVIEW INDUSOFT CIMPLICITY RS VIEW (Rockwell) WIZCON IFIX WINCC (Siemens) INTOUCH (Schneider)