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FLÁVIO PEREIRA MENDES Setembro, 2007.

- i - FLAVIO PEREIRA MENDES

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

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Dedico este trabalho aos meus pais e irmãos pelo apoio incondicional e por fazer persistir nas batalhas

- v - AGRADECIMENTOS

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.

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LISTA DE FIGURASviii
LISTA DE TABELASix
LISTA DE SIGLASx
RESUMOxi
ABSTRACTxii
I. INTRODUÇÃO1
1.1. Objetivo1
1.2. Metodologia2
1.3. Estrutura do trabalho2
I. SISTEMAS DE SUPERVISÃO E AQUISIÇÃO DE DADOS (SCADA)4
2.1. Definição4
2.2. Fundamentos da Aquisição de Dados5
2.2.1. Sensores6
2.2.2. Redes de comunicação7
2.2.3. Condicionamento de Sinais7
2.2.4. Hardware de Aquisição de Dados9
2.2.5. Software de Aquisição de Dados10
2.3. Arquitetura da rede SCADA10
2.4. Tecnologia SCADA13
I. SUPERVISÓRIOS15
3.1. Introdução15
3.2. Funcionalidades e Planejamentos do Sistema Supervisório16
3.2.1. Conhecimento do Processo16
3.2.2. Tomadas de Dados17
3.2.3. Banco de Dados17
3.2.4. Alarmes18
3.2.5. Visualização de Históricos18
3.2.6. Hierarquia de Navegação entre Telas19
3.2.7. Criação de Telas19

SUMÁRIO 3.2.8. Segurança do Sistema .........................................................................................19

IV. SOFTWARE ELIPSE21
4.1 Introdução21
4.2. Histórico21
4.3. Elipse SCADA21
4.4. Módulos de Execução23
4.5. Áreas de Aplicações25
V. AUTOMAÇÃO PREDIAL E RESIDENCIAL27
5.1. Introdução27
5.2. Conceitos Básicos28
5.3. Automação predial versus residencial29
5.4. Tendências30
VI. ESTUDO DE CASO32
6.1. Introdução32
6.2. Software Elipse32
6.3. Comunicação Elipse e PLC36
VII. CONCLUSÕES E TRABALHOS FUTUROS40
VIII. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS41

- vii - ANEXO A: TELAS DESENVOLVIDAS NO ELIPSE E UTILIZADAS NO ESTUDO DE CASO....................................................................................................................................42

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Figura 2.1 - Exemplo de um sistema SCADA5
Figura 2.2 - Esquema básico de aquisição de dados6
Figura 2.3 - Sensores6
Figura 2.4 - Sinal com ruidos7
Figura 2.5 - Condicionamento de sinais9
Figura 2.6 - Exemplo do PLC S7- 300 da Siemens9
Figura 2.7 - Exemplo de um software de aquisição de dados10
Figura 2.8 - Arquitetura simplificada de um sistema SCADA1
Figura 6.1 - Tela Principal – Automação Residencial32
Figura 6.2 - Organizer34
Figura 6.3 - Ferramentas Objetos36
Figura 6.4 - Configurando tag para trocar informações via Freeport37
Figura 6.5 - Programa KEPserverEx38
Figura 6.6 - Interface do programa STEP 7 Micro/Win39
Figura 6.7 - Comunicação39
Figura A.1 – Tela de Abertura42
Figura A.2 - Tela de Alarme42
Figura A.3 - Tela de Tendências43
Figura A.4 - Tela de Vídeo43
Figura A.5 - Tela de Históricos4
Figura A.6 - Tela Principal4

LISTA DE FIGURAS Figura A.7 - Tela de Nível ....................................................................................................45

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LISTA DE TABELAS Tabela 6.1 - Telas Programadas...........................................................................................3

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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.

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RESUMO 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.

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integration are done

This work introduce Supervisory Control and Data Acquisition system and how this kind system is applied in the building and residential automation. With the spreading of SCADA used in industry automation, the system of control and data acquisition were applied in the building and residential area. In the case study this work used the tools of the supervision software Elipse, doing the monitoring and control residential space. The methodology used was the study of Elipse and the verification of the context which it was inserted. It was done analyses and verification each concept and, from that, it was developed a software Elipse’s application that simulates, controls and monitories tags. As resulted, it was developed a system allowing through this application, a better comprehension of the main tools of SCADAs system, integration and controlling equipments and tags. In the end, was introduced a case study able to furnish a global view of how the control and process Key-Words: SCADA, Elipse, building, residential, supervisory and control

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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.

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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

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