Baixe ex progr scada e outras Notas de estudo em PDF para Eletromecânica, somente na Docsity! - i - UNIVERSIDADE FEDERAL DE OURO PRETO - UFOP ESCOLA DE MINAS – EM COLEGIADO DO CURSO DE ENGENHARIA DE CONTROLE E AUTOMAÇÃO - CECAU AUTOMAÇÃO RESIDENCIAL BASEADA EM SOFTWARE SUPERVISÓRIO MONOGRAFIA DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA DE CONTROLE E AUTOMAÇÃO FLÁVIO PEREIRA MENDES Setembro, 2007. - ii - FLAVIO PEREIRA MENDES AUTOMAÇÃO RESIDENCIAL BASEADA EM SOFTWARE SUPERVISÓRIO 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 - 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. - vi - SUMÁRIO LISTA DE FIGURAS......................................................................................................... viii LISTA DE TABELAS...........................................................................................................ix LISTA DE SIGLAS................................................................................................................x RESUMO...............................................................................................................................xi ABSTRACT......................................................................................................................... xii I. INTRODUÇÃO...................................................................................................................1 1.1. Objetivo .......................................................................................................................1 1.2. Metodologia .................................................................................................................2 1.3. Estrutura do trabalho....................................................................................................2 II. SISTEMAS DE SUPERVISÃO E AQUISIÇÃO DE DADOS (SCADA)........................4 2.1. Definição......................................................................................................................4 2.2. Fundamentos da Aquisição de Dados..........................................................................5 2.2.1. Sensores ................................................................................................................6 2.2.2. Redes de comunicação..........................................................................................7 2.2.3. Condicionamento de Sinais ..................................................................................7 2.2.4. Hardware de Aquisição de Dados.........................................................................9 2.2.5. Software de Aquisição de Dados ........................................................................10 2.3. Arquitetura da rede SCADA......................................................................................10 2.4. Tecnologia SCADA...................................................................................................13 III. SUPERVISÓRIOS..........................................................................................................15 3.1. Introdução ..............................................................................................................15 3.2. Funcionalidades e Planejamentos do Sistema Supervisório. .................................16 3.2.1. Conhecimento do Processo.................................................................................16 3.2.2. Tomadas de Dados..............................................................................................17 3.2.3. Banco de Dados ..................................................................................................17 3.2.4. Alarmes...............................................................................................................18 3.2.5. Visualização de Históricos..................................................................................18 3.2.6. Hierarquia de Navegação entre Telas .................................................................19 3.2.7. Criação de Telas..................................................................................................19 3.2.8. Segurança do Sistema .........................................................................................19 - vii - IV. SOFTWARE ELIPSE.....................................................................................................21 4.1 Introdução ...................................................................................................................21 4.2. Histórico.....................................................................................................................21 4.3. Elipse SCADA...........................................................................................................21 4.4. Módulos de Execução...............................................................................................23 4.5. Áreas de Aplicações...................................................................................................25 V. AUTOMAÇÃO PREDIAL E RESIDENCIAL ...............................................................27 5.1. Introdução ..................................................................................................................27 5.2. Conceitos Básicos ......................................................................................................28 5.3. Automação predial versus residencial .......................................................................29 5.4. Tendências .................................................................................................................30 VI. ESTUDO DE CASO ......................................................................................................32 6.1. Introdução ..................................................................................................................32 6.2. Software Elipse ..........................................................................................................32 6.3. Comunicação Elipse e PLC .......................................................................................36 VII. CONCLUSÕES E TRABALHOS FUTUROS .............................................................40 VIII. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS.........................................................................41 ANEXO A: TELAS DESENVOLVIDAS NO ELIPSE E UTILIZADAS NO ESTUDO DE CASO....................................................................................................................................42 - x - LISTA DE SIGLAS 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. - xi - 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. - xii - ABSTRACT 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 integration are done. Key-Words: SCADA, Elipse, building, residential, supervisory and control - 3 - No Capítulo 6 é apresentado um estudo de caso, através do desenvolvimento de uma aplicação, que interliga os conceitos de automação predial com o sistema de aquisição de dados através do software supervisório Elipse. No Capítulo 7, encontram-se as conclusões e sugestões para trabalhos futuros. - 4 - II. SISTEMAS DE SUPERVISÃO E AQUISIÇÃO DE DADOS (SCADA) 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]. - 5 - 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: • Sensores e trandutores; • Redes de comunicação; • Condicionador de sinais; • Hardware de aquisição de dados; - 8 - 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). - 9 - Figura 2.5 - Condicionamento de sinais 2.2.4. Hardware de Aquisição de Dados O hardware de controle e aquisição de dados pode ser definido como um componente de um sistema de controle e aquisição de dados, que executa as seguintes funções: • A entrada analógica é processada e convertida para o sinal digital, usando como ferramenta os conversores analógicos-digitais ADC (Analog-to-Digital converter). Esse sinal digitalizado é então transferido para o computador ou outro equipamento com essa função para ser armazenado e analisado; • O tratamento do sinal de entrada digital, que contêm informações de sistemas ou processo; • O processo de conversão dos sinais digitais para sinais analógicos, usando os conversores digital-analógicos DACs (Digital-to-Analog converter). Depois de convertido o sinal analógico é usado para controlar um sistema ou processo; • O tratamento do sinal de saída digital. Na figura 2.6 mostra-se um exemplo de PLC. Figura 2.6 - Exemplo do PLC S7- 300 da Siemens. Fonte: IKS, 2007. - 10 - 2.2.5. Software de Aquisição de Dados Os softwares armazenam os sinais capturados no campo na forma de sinais digitais permitindo ao usuário o controle do processo, seja ele visualização, configuração, parametrização, comando e monitoramento das funções necessárias a automação da planta. Como exemplo, pode-se citar o software supervisório Elipse Scada [ELIPSE, 2007], (Figura 2.7). Figura 2.7 - Exemplo de um software de aquisição de dados Fonte: ELIPSE, 2007. 2.3. Arquitetura da rede SCADA - 13 - esse motivo, a preocupação com segurança não era parte integrante de seus projetos. A validade desta afirmativa pode ser comprovada quando se analisa a utilização de procedimentos que possuem potenciais problemas de segurança, mas que eram considerados seguros devido ao isolamento dos sistemas SCADAs iniciais. Seguem alguns destes procedimentos apresentados em [RUSH & KINAST, 2004]. • A autenticação de usuários baseada exclusivamente em senha; • Os protocolos usados não implementavam nenhum tipo de autenticação; • Os programas que compõem o sistema SCADA são implementados em sistemas operacionais considerados inseguros. Problemas relacionados com segurança tornam-se ainda mais importantes a partir da evolução pela qual os sistemas SCADA estão passando. Os sistemas SCADA estão saindo do isolamento lógico e estão evoluindo para arquiteturas abertas fortemente centradas em conectividade. Com o objetivo de aumentar a eficiência, a competitividade e a produtividade das empresas, os sistemas SCADA estão sendo interligadas com as redes corporativas e, em conseqüência, com a própria Internet. 2.4. Tecnologia SCADA A automação nos últimos anos tem se baseado no desenvolvimento de novas tecnologias, na rapidez com a qual as informações são tratadas e na produtividade cada vez maior buscada pelas empresas, fatores esses que atuam forçando o mercado a investir incessantemente em pesquisa e desenvolvimento para continuar a crescer. Existe também uma contínua pressão pela redução de custos, tanto na parte de produtos como de serviços. Esta pressão leva à busca da melhor relação custo x benefício, com o estudo em quais tecnologias investir, pesquisando quais já se consolidaram ou são “promessas”, ou ainda que produtos uma empresa prestadora de serviços irá manter em sua cesta para se manter competitiva no seu segmento de atuação. Para os sistemas de supervisão, podemos verificar alguns fatos na atualidade: • O uso contínuo de ferramentas baseadas em plataforma Windows; - 14 - • O desenvolvimento de novas ferramentas, também para plataforma Windows, que apresentam melhores conceitos de produtividade e flexibilidade; • O uso de novas formas de supervisão; • Uso de Linux e Unix para sistemas de maior porte em ambientes cujos usuários possuem uma cultura nesse sentido; • O uso cada vez maior do OPC (OLE for Process Control) que são um conjunto de especificações padrões que permitem a interoperabilidade entre equipamentos. • A criação de novas funcionalidades aos sistemas SCADA, (tais como análises de sistemas de produção e processos, controle de bateladas e outros); • Total integração com a rede mundial de computadores. Outro ponto importante que atualmente é usado por grandes empresas que buscam o sucesso na implantação de sistemas de automação é a sua capacidade de estar sempre integrando equipamentos e softwares que representam o estado da arte na área de controle de processos. Acompanhando essas tendências tecnológicas do mercado podemos citar [ATAN, 2007]: • Aplicação de Controladores Lógicos Programáveis (CLPs) de fabricantes de alta tecnologia como Siemens, Ge-Fanuc, Allen Bradley, Schneider, Reliance, Altus entre outros; • Softwares Supervisórios (SCADA) para controle de processos, tais como: Ifix e Cimplicity da GE-Fanuc, Rockwell Scada, FactoryLink da USData, Wizcon da PC Soft, InTouch da Wonderware, Elipse entre outros; • Sistemas baseados em computadores nas plataformas Pentium, RISC, etc; • Ambiente de comunicação com uma grande variedade de redes; • Ferramentas de desenvolvimento, tais como: Visual Basic, Visual C++ e Delphi; uso de banco de dados como: Oracle, Microsoft SQL Server, etc. - 15 - III. SUPERVISÓRIOS 3.1. Introdução Os sistemas de automação industrial modernos atingiram tal nível de complexidade que a intuição e experiência humana não são mais suficientes ou eficientes para construir rapidamente modelos bem definidos dos mesmos [JURIZATO & PEREIRA, 2007]. Um sistema de supervisão opera de acordo com vários fatores em nível tanto de software como de hardware. A presença de um ambiente de comunicação entre elementos de controle e monitoramento é uma tendência que traz benefícios e sofisticação, além de possibilitar a interação de todo o processo. Baseado nesse contexto, e utilizando tecnologias de computação e comunicação, os softwares supervisórios permitem o monitoramento e controle das variáveis do processo em análise, permitindo a operação e visualização através de telas gráficas elaboradas para qualquer processo industrial ou comercial, independente do tamanho de suas plantas. Outro aspecto a enfatizar é que em um ambiente cada vez mais complexo e competitivo, os fatores relacionados com disponibilidade e segurança da informação assumem elevada relevância, tornando-se necessário garantir que independentemente da localização geográfica a informação esteja sempre disponível e segura quando necessário. Dentre dos principais softwares de supervisão podemos destacar [ROSÁRIO, 2005]: • Elipse (Elipse); • Wizcon (Emation); • Intouch (Wonderware); • Ifix (Intellution); • RsView (Rockwell Automation); • Cimplicity (Ge-fanuc); • Unisoft (factory Link). - 18 - agrupas as variáveis de maneiras significativas como exemplo; podemos agrupar todos os aparelhos similares ou áreas dentro de uma planta. 3.2.4. Alarmes Alarmes são mensagens definidos pelo responsável do processo para alertar o operador sobre alguma situação anormal. Cada alarme é definido de maneira independente e teria as funções de comunicar e fornecer indicações do estado do processo, sinalizar um objeto atingido e chamar atenção dos operadores para uma situação anormal As principais características dos alarmes: • Podem apresentar textos específicos; • Podem ser impressos ou documentados; • Podem ser configurados para providenciar qualquer tipo de ação; • Na ativação do alarme a região afetada pode ser visualizada; • Quando os alarmes forem ativados, enviam mensagens. Outro ponto a ser observado é a ocorrência importante simultânea de um número elevado de alarmes e sua repetição excessiva. Torna-se necessário a análise e filtragem de certas informações para minimizar as notificações. Isso só é possível com equipamentos programáveis que indiquem a amostragem distinta como criação de uma faixa de tolerância, em que o alarme não desaparecerá até que uma variação significativa se produza. A partir de uma concepção voltada para as causas do aparecimento dos alarmes é possível chegar a uma concepção orientada no sentido de antecipar as ações que permitirão restabelecer a situação desejada. 3.2.5. Visualização de Históricos Na visualização de variáveis, gráficos de históricos e tendências mostra como as variáveis de processo e suas ações foram modificadas em relação ao tempo. Essas aplicações são possíveis a partir da criação de janelas integradas ao aplicativo por meio de - 19 - uma função de leitura das variáveis de estado do sistema, permitindo ainda a realização de uma pré-seleção das variáveis que se deseja colocar em gráficos de históricos ou painéis de visualização de tendência de variáveis medidas. Eles podem ser usados para: • Analisar a tendências de processo; • Monitorar a eficiência da produção; • Arquivar variáveis de processo. Baseado nesses dados o operador terá condições de avaliar situações críticas do sistema. 3.2.6. Hierarquia de Navegação entre Telas Para tornar o sistema um sistema prático, fácil e condizente com a realidade em qual ele retrata, suas telas devem seguir uma hierarquia lógica fornecendo progressivamente detalhes das plantas e seus constituintes à medida que se navega através do aplicativo. 3.2.7. Criação de Telas O desenvolvimento das partes constituintes dos ambientes gráficos deve ser criado para facilitar o trabalho e aumentar a eficiência dos sistemas supervisórios. O ambiente de interface com o operador deve ser consistente, no uso de símbolos, cores, nomes utilizados nos gráficos e nos botões de forma para que apresentem um ambiente padronizado, com clareza e fácil entendimento. Devemos usar símbolos que possam facilmente ser reconhecidos, usando símbolos já convencionados internacionalmente, por exemplo, símbolos de válvulas, tanques e silos. Na criação de telas procura-se adotar uma linguagem clara, evitando abreviações de difícil entendimento para o usuário e usar cores com significados conhecidos, como exemplo o vermelho e o verde, que significa parada e partida respectivamente. 3.2.8. Segurança do Sistema - 20 - A segurança do sistema depende de quem tem acesso ao controle e informações por ele produzido. Uma grande defesa para esse sistema é a criação de um acesso controlado por senha. Deverá ser criado um campo referente a cadastro de usuários que daria acesso a certas ferramentas do programa de acordo com a habilidade do operador. - 23 - É a versão para aplicações de médio porte, onde não haja necessidade de conexão com bancos de dados externos via ODBC (Open Databese Connectivity), DAO (Data Access Objects) ou quando não seja necessário enxergar outras estações através da rede. Nesta versão, estão disponíveis além das características da versão View, as seguintes: Históricos; Receitas; Relatórios; Controle Estatístico de Processos; Browser e Alarmes tipo Histórico; Log de alarmes em disco. • Elipse PRO (Professional) Apresenta além das funções disponibilizadas na versão MMI, permite trocar dados em tempo real com outras estações através do servidor Elipse TCP/IP, conectar-se com bancos de dados, realizar comandos e programar setpoints através de rede local ou linha discada. Permite a comunicação com equipamentos e sistemas via OPC (OLE for Process Control) e conexão com softwares de controle. • Elipse Power Esta versão foi desenvolvida para supervisão de subestações e sistemas elétricos. Possui recursos avançados como a conexão com IDEs (Integrated Development Environment) e RTUs através de qualquer protocolo de comunicação, como IEC 870-5 e DNP 3.0. O Elipse Power utiliza base de tempo local permitindo o sequenciamento de eventos, oscilografia e tele supervisão [ELIPSE, 2007]. 4.4. Módulos de Execução O Elipse SCADA possui três módulos para sua operação. A configuração e execução são determinadas pelos módulos Configurador, Runtime e Master. - 24 - Configurador: Permite o desenvolvimento de aplicativos. Para a realização de testes o configurador permite executar aplicações por até 2 horas. Runtime: Permite a execução por tempo ilimitado de um aplicativo de supervisão desenvolvido com o uso do Configurador. O Runtime não permite qualquer alteração no aplicativo gerado pelo Configurador, a menos que existam telas ou métodos predefinidos para alterações no aplicativo em tempo de execução. Master: Inclui o Configurador e o Runtime na mesma ferramenta, permitindo execução e configuração com a mesma chave de segurança. O Elipse Scada funciona no módulo ativo com uma chave de proteção definido a partir de um dispositivo de proteção (hardkey) que é acoplado ao computador. É a configuração do hardkey que define qual módulo (Configurador, Runtime ou Master) ou quais ferramentas estão disponíveis, já que o executável do Elipse SCADA é sempre o mesmo. Desta forma, é possível atualizar o modulo de execução, trocando o hardkey, sem a necessidade de instalar uma nova cópia do software. Da mesma maneira, as atualizações podem ser realizados remotamente. Os módulos Runtime e Master estão também disponíveis em versões denominadas Lite, limitadas em número de variáveis (75 ou 300 tags), enquanto os módulos denominados full permitem até 32.000 variáveis Na ausência do hardkey, o software pode ainda ser executado em modo Demonstração. Como não necessita do hardkey, o modo demo pode ser utilizado para a avaliação do software. Ele possui todos os recursos existentes no módulo Configurador, com exceção de que trabalha com um máximo de 20 tags (variáveis de processo) e permite a comunicação com equipamentos de aquisição de dados por até 10 minutos. Neste modo, o software pode ser livremente reproduzido e distribuído. - 25 - 4.5. Áreas de Aplicações O Elipse SCADA sendo um software supervisório, é utilizado em diversas áreas de aplicações. Dentre as aplicações do Elipse pode-se citar: • Automação predial Prédios inteligentes, onde todo o controle da planta é feito por automação, são conceitos cada vez mais presente nos mercados imobiliário e de construções. Isto se deve às necessidades de racionalizar recursos energéticos, incrementar a eficiência operacional e controlar sistemas de segurança. Nos mercados de condomínios comerciais, shopping centers e prédios comerciais implementam-se soluções de supervisão fazendo a conectividade de softwares supervisórios com diferentes sub-sistemas de automação. • Supervisão de máquinas Diferentes fabricantes de máquinas adotaram os softwares supervisórios como a solução para seus sistemas de controle e monitoramento de dados. • Indústria automobilística A indústria automobilística é uma grande usuária dos sistemas SCADAs. Como exemplos de empresas que utilizam o Elipse em diferentes pontos da linha de produção pode-se citar: Ford, Fiat, General Motors, Volkswagen, Mercedes Benz, entre outras. • Sistemas de energia Aplicações na área elétrica de geração, transmissão, distribuição e gerenciamento de subestações podem ser desenvolvidas, onde é necessária a criação de interfaces locais para - 28 - trabalha sem se integrar com o restante, ele é apenas mais um equipamento dentro de casa [BOLZANI, 2004]. 5.2. Conceitos Básicos Quando se trata de ambientes automatizados, observa-se diversos vocabulários acoplados a essa tecnologia como: casa automática, casa inteligente, retrofitting (denomina- se a adaptação de uma residência já construída para receber qualquer sistema eletrônico), domótica (a palavra domótica originou-se do latim domus que significa casa. É a ciência moderna de engenharia das instalações em sistemas prediais) que empregam segurança e conforto em ambientes prediais e residenciais através da automação. Para implementar um ambiente inteligente devemos pressupor um planejamento, para que o mesmo consiga absorver todas as tecnologias existentes e as que surgirão. Assim para um melhor planejamento deve-se atentar a alguns temas, como: • A organização de sistemas de informática; • Os sistemas de monitoramento da residência; • A configuração das redes interna e externa de comunicações; • A integração dos novos serviços de valor agregado; • Adaptação da rede aos vários moradores; • A conexão aos serviços públicos de telecomunicações; • Máxima flexibilidade nas mudanças; • Organização do espaço interno e externo com a introdução de novos equipamentos e novos dispositivos. Planejado a instalação verifica-se a utilização plena de todos os dispositivos instalados e principalmente se há retorno em conforto e segurança do investimento feito. Dentre as funcionalidades realizadas dos sistemas de automação predial e residencial destacam-se: iluminação (controle de iluminação levando em conta a luz ambiente, iluminação decorativa, iluminação externa, iluminação em cenas), controle de acesso (salas, elevadores, estacionamento), segurança (circuito fechado de TV, alarmes, monitoramento, - 29 - controle de acesso de pedestres e veículos, prevenção de acidentes, detectores de fumaça, presença e gases, controle de segurança em caso de problemas elétricos ou mecânicos, etc), informática (rede doméstica, acesso compartilhado, serviços via internet), conforto térmico (ar condicionado, ventilação, controle de janelas, cortinas e persianas), telefonia (sistema telefônico, intercomunicadores, porteiros eletrônicos), gerenciamento elétrico (controle de cargas, sistemas de distribuição, monitoramento de falhas, sistemas de geração de emergência, tarifações setorizadas), entretenimento (multimídia, distribuição de vídeo, som ambiente, jogos eletrônicos, TV por assinatura), entre outros. Cada um dos sistemas descritos acima adotados isoladamente em uma residência apresenta eficiência limitada. Por isso, utiliza-se o conceito de integração que aumenta significativamente os benefícios, fazendo com que a operação se torne mais simples, segura e econômica, aumentando o conforto por toda a casa. O Integrador de Sistemas é quem projeta, coordena os outros profissionais, auxilia na escolha de equipamentos, acompanha a instalação e até mesmo presta serviços de manutenção e atualização. Para realizar um projeto de maneira eficiente, o profissional precisa conhecer toda a gama de opções disponíveis, identificando as necessidades e limitações do usuário. 5.3. Automação predial versus residencial A automação predial representada pelos hotéis, hospitais, shoppings, prédios públicos, escritórios, supermercados, entre outros apresentam o conceito de integração dos seus físicos eletromecânicos e eletroeletrônicos tendo como conseqüência, a centralização dos processos existentes atendendo cada vez mais a necessidade de conforto das pessoas, tornando a gestão em um sistema mais racional e econômico e integrando sistemas nas áreas operacionais obtendo sinergia entre todas elas. A automação predial pressupõe a existência a existência de usuários com o mesmo perfil. Por ser orientada a um publico mediano ele não possui características especificas não interagindo com o usuário fazendo com que o sistema não seja notado pelo cliente. A automação residencial é muito diferente. Ela é orientada ao usuário fazendo com que ele interfere e interage de acordo com suas necessidades. Outra grande diferença é que o - 30 - sistema residencial será comandado por pessoas sem nenhum conhecimento técnico sendo preciso à utilização de equipamentos e softwares simples que possam ser manipulados sem qualquer nível de dificuldade. 5.4. Tendências Cada vez mais, está freqüente a construção de casas e edifícios equipados com algum tipo de equipamento inteligente empregando largamente o conceito de automação. Os controles de uma casa tradicionalmente relegada as casas e edifícios mais ricos, entram em um novo circulo de desenvolvimento. O avanço tecnológico, o aumento da familiaridade dos consumidores com o termo digital e investimentos de empresas de tecnologia como HP, Intel, e Microsoft, ajudam na queda do custo de equipamentos e produtos da área residencial e predial aumentando assim a demanda por esses serviços. A aliança de grandes indústrias surge como uma tendência, pois juntas desenvolvem sistemas de fácil uso, inter- comunicadores, facilitando assim a vida do consumidor final. A competição em serviços de entrega (voz, vídeo, internet), guiará os provedores a inovar, misturando os serviços oferecidos fazendo com que a comunicação se convergia em uma só. Por exemplo; inclusão de correio de voz na TV, mensagens unificadas acessando por voz a diversos serviços em diferentes equipamentos, monitoramento remoto, entre outros. A tendência de crescimento da transmissão de sinais em formato digital, bem como sua integração por meio de infra-estrutura única de cabeamento, com o processamento destes sinais sendo realizado por unidades de controle capazes de cruzar as informações dos diversos subsistemas e de tomar as devidas ações de forma automática e inteligente mediante parâmetros pré-determinados e armazenados no sistema, com a universalização dos protocolos de comunicação dos diversos subsistemas de um edifício. Na atualidade também registra-se a rápida evolução das tecnologias em sistemas abertos, fazendo com que os sistemas proprietários sejam fadados ao esquecimento, tornando-se, se muito, objeto de estudos universitários de História da Tecnologia. - 33 - As telas são o ponto de partida para a construção da interface de uma aplicação. Na tabela 6.1 mostra-se as telas utilizadas e suas funções. Tabela 6.1 - Telas Programadas TELAS UTILIZADAS NO SUPERVISÓRIO Tela Função Tela de Abertura É a primeira tela a ser exibida. Exibe informações sobre o trabalho e o autor. Dando opções de continuar ou sair do programa Tela Principal Essa tela dá uma visão global do trabalho, a partir dela consegue-se o acesso a todas as funções, objetos e outras telas. Tela de Alarmes A tela de alarmes apresenta informações sobre os alarmes ativos e o histórico. Cada vez que ocorre, são gravados todos os dados do evento, como data, hora, tag, etc. Consegue-se assim acompanhar o desempenho anormal do sistema. Tela de Vídeo Apresenta imagem em tempo real de um espaço com o objetivo de monitorar visualmente o lugar. Tela de Tendências Mostra os desempenhos das variáveis desejadas em tempo real Tela d e Presença Monitora as características da variável presença em uma tela principal Tela de Nível Essa tela visualiza uma variável específica que em nosso caso, é simulado o nível de reservatório de água, dando uma visão completa do seu comportamento através de animação e painel de visualização Tela de Histórico Essa tela mostra os valores de tags armazenados. O armazenamento pode ser feito por tempo ou por evento, que deve ser especificado para a gravação dos dados. Serve para uma análise de comportamento da variável. A etapa seguinte no desenvolvimento do aplicativo de supervisão é a criação e nomeação de tags. A palavra tag é do inglês e significa etiqueta, rótulo. Pode-se assim - 34 - defini-lá, em nosso contexto, como uma etiqueta ou rótulo que não aparece na tela do computador e tem como finalidade a identificação das variáveis no supervisório. A criação e modificação de seus parâmetros são feitas utilizando a ferramenta organizer. Na Figura 6.2 mostra-se a tela do organizer. Figura 6.2 - Organizer Os tags utilizados no programa foram: • Porta_P (tag tipo PLC); • Alarme PP (tag tipo PLC); • Ar (tag tipo PLC); • Araut (tag tipo PLC); • Armanual (tag tipo PLC); • Lâmpada_1 (tag tipo PLC); • Lampada4 (tag tipo PLC); • Temperatura01 (tag tipo PLC); • Porta_Quarto(tag tipo Demo); • AR2 (tag tipo Demo); • Nível (tag tipo Demo); • Lux (tag tipo PLC); - 35 - • Luzaut (tag tipo PLC); Outra função importante é à criação dos objetos que são usados nas telas de aplicação para inserir bitmaps de fundo e objetos. Os objetos de tela são elementos gráficos que estão relacionados com os tags de modo a realizar uma interface amigável com as variáveis (Figura 6.3). Os objetos previamente disponíveis são os seguintes [ELIPSE, 2007]: • Slider: Permite visualizar ou enviar valores para um tag por um potenciômetro (botão deslizante). • Tendência: É utilizado para visualizar um gráfico de tendência com até 16 tags (que podem ser trocados em execução), executando a coleta em tempo-real ou em segundo plano. Pode desenhar gráficos de variáveis por tempo ou de variáveis em relação a outras (XY). • Botão: Para acionamentos ou execuções de tarefas especificadas pelo usuário através do mouse ou teclado. • Gauge: Mostrador de valores analógicos com ponteiros (medidor). • Texto: Este objeto permite atribuir mensagens a intervalos de valores dos tags denominados Zonas, definindo cores e textos para cada um deles. • Barras: Utilizado para visualizar dados na forma de barra. Podem ser mostrados até 16 tags em cada objeto de barras. • Display: Mostrador numérico/alfanumérico em tempo real. • Animação: Para criar animações usando bitmaps definidos pelo usuário. • Setpoint: É uma caixa de edição, para digitação e envio de valores para uma variável. • Alarmes: Permite a visualização dos alarmes ativos (Sumário) ou dos alarmes logados no arquivo de alarmes (Histórico). - 38 - dados configurada em um servidor OPC, permitindo que qualquer aplicação cliente tenha acesso a mesma base de dados. Assim pode-se misturar os drivers de um fabricante com o supervisório de outro, porque todos usam uma interface comum. Na figura 6.5 mostra-se a interface do KEPserverEx. Figura 6.5 - Programa KEPserverEx Depois de testada ambos meios de comunicação, o escolhido para o desenvolvimento do trabalho foi a comunicação via interface OPC. Apesar de ser uma comunicação mais lenta em relação ao driver Freeport como constatado nos teste, apresenta uma interface mais amigável e facilidade de configuração. Para programar os PLC foi utilizado o programa STEP 7-Micro/WIN. Este programa permite programar o PLC com a linguagem Ladder, descarregar o programa no PLC ou carregar o programa que está executando numa PLC, (Figura 6.6). - 39 - Figura 6.6 - Interface do programa STEP 7 Micro/Win. E para finalizar faz-se a interligação final, que consiste no completo sistema de aquisição e controle de dados. Nessa última fase identifica-se o equipamento externo nesse caso o PLC por meio do software KepServerEX, fazendo com que seja estabelecida a comunicação entre o software Elipse e os sensores, passando pelo PLC, (Figura 6.7). Figura 6.7 - Comunicação - 40 - VII. CONCLUSÕES E TRABALHOS FUTUROS O resultado final alcançado pelo projeto mostrou-se de acordo com o esperado, pois construi-se um trabalho prático, aplicando as principais ferramentas do software Elipse. Contextualizou-se o software Elipse no conceito de sistema de aquisição e controle de dados. Outro ponto importante foi o contato com diversos programas como STEP-7 MICRO/WIN, KEP serverEX, o driver Freeport e o próprio Elipse. A comunicação entre o PLC S7-200 e o software Elipse através do driver Freeport demonstrou-se mais rápido com relação à interface OPC (Ole for Process Control) Durante a realização desse trabalho e avaliação dos resultados obtidos, foram observadas as necessidades de um estudo mais profundo com relação aos diversos softwares supervisórios objetivando identificar quais são os mais indicados para os diferentes tipos de ambientes existentes. No sistema de controle residencial desenvolvido é possível aumentar o grau de controle e modificar o seu meio de comunicação utilizando a comunicação sem fio. Outro ponto avaliado seria conseguir uma versão integral, para uma melhor utilização do software Elipse sem as limitações da versão demonstração utilizada. - 43 - Na figura A.3 mostra-se monitoramento das variáveis em tempo real, podendo fazer a análise de seu comportamento em conjunto ou individualmente. Figura A.3 - Tela de Tendências Na figura A.4 mostra-se o exemplo da Tela de Vídeo que captura e exibe a imagem em tempo real. Figura A.4 - Tela de Vídeo - 44 - Na figura A.5 apresenta-se a Tela de Histórico que se apresenta em formato de células os últimos resultados das variáveis previamente selecionadas para análise. Figura A.5 - Tela de Históricos Na figura A.6 apresenta-se a Tela Principal que permite a visão global do processo e consegue-se o acesso a todas as outras telas no programa. Figura A.6 - Tela Principal - 45 - Na figura A.7 consegue-se o monitoramento e controle da variável nível que controla o reservatório de água da casa. Figura A.7 - Tela de Nível